铁磁性薄膜的超快自旋磁矩进动研究

采用双色泵浦探针磁光光谱技术研究3d过渡族铁磁性薄膜在光致激发下的超快自旋磁矩运动。通过在紫外到近红外波段调节探测激光的波长，细致比较具有不同自旋轨道耦合和磁性各向异性能量的铁磁性薄膜的超快磁光光谱，消除激发态占位效应以获取真实的退磁，磁性各向异性能量变化的时间尺度，研究超快磁矩转动激发的物理机制。同时通过比较线性和非线性超快光谱获取的自旋磁矩进动在频率，相位，幅度和时间衰减的差异，研究界面造成的沿薄膜垂直方向不均匀磁性性质对进动过程的影响，并获取真实的磁矩进动衰减常数，深刻揭示进动衰减的物理规律。这些研究将为新型超快磁性存储器件的应用建立基础。

完成了时间分辨磁光光谱系统与磁性二次谐波谱系统的建设，可以开展矢量磁矩动力学与界面磁性性质的测量。(1) 我们利用双色泵浦探针磁光光谱技术对比了3d铁磁金属与锰氧化物薄膜的光致磁矩进动激发，发现Fe薄膜的磁矩进动激发是通过单纯的热致退磁及磁各向异性调制导致，这种激发需要磁矩倾斜位型，而La0.67Ga0.33MnO3薄膜中的磁矩进动激发可以通过自旋交换相互作用的光致调节实现，该激发不需要磁矩倾斜位型，我们的结果演示了一种新的光控自旋调制方式[Phys. Rev. Lett. 107, 207205 (2011)]。(2) 我们利用非线性磁光谱细致研究了Fe/GaAs异质结界面磁矩的反转和动力学行为，并与体内磁矩性质进行了比较，发现界面附近的各向异性交换作用是由于特殊的化学成键引起，而界面与体内共有的磁性各向异性能是由于应力造成，该项工作澄清了界面磁矩与体磁矩磁滞过程与进动差异的起源[Phys. Rev. B 85, 165311 (2012)]。(3) 我们利用时间分辨二次谐波技术研究了声学声子在Fe/GaAs界面与体内的传播特性，进一步揭示了光波在声子调制下的传播行为，分离了声子在材料表面与界面的作用过程。该研究拓展了声子在材料中激发和传输的研究手段，特别是为研究动态的声磁耦合提供了重要的途径[Phys. Rev. B 83, 212302 (2011)]。 (4) 我们从实验上证实了铁磁薄膜中的内禀进动阻尼系数与自旋轨道耦合强度的平方成线性关系，该成果已被Physical Review Letters期刊接受，同时我们的实验初步表明光致退磁快慢与自旋轨道耦合强度没有强烈的依赖关系。