Ultrafast light-induced magnetization dynamics in Co/garnet heterostructures

Abstract

The goal of the thesis is to addree the interaction of light with Co/garnet heterostructures, in order to achieve an understanding in this area that we call "femtomagnetism". In Chapter I, an introduction to ultrafast dynamics is presended. Chapter II gives short overview of magnetic properties with the focus on photomagnetism in garnets. Chapter III provides the basic introduction into the experimental techniques. In Chapter IV, we demostrate how damage-free etching of garrnet films allows us to form the Co/garnet heterostructures. In Chapter V the magnetic and magneto-optical properties of Co/garnet heterostructures were presented. Chapter VI deals studies of surface/interfaces in heterostructures in a wide spectral range. In Chapter VII, we demonstrate the results laser-induced magnetization dynamics, photoinduced magnetic anisotropy in bare garnet films and modulation of spin precession in Co/garnet heterostructures. Furthermore, it is shown that the magnetisation precession in the garnet film can be manipulated by the strong magnetostatic coupling between Co and garnet layers. These findings could provide new possibilities in optical excitation and local spin manipulation by polarized femtosecond pulses for the application in the new magnetic storage memory with high speed recording.

Głównym celem niniejszej rozprawy są badania oddziaływania światła laserowego z heterostrukturą Co/granat, jak również głębsze zrozumienie zjawisk fizyki magnetyzmu w skali femtosekundowej - tzw. "femtomagnetyzmu". Rozdział I obejmuje wprowadzenie do ultraszybkiej dynamiki magnetyzacji. W Rozdziale II umieszczono krótki przegląd właściwości magnetycznych oraz zjawiska fotomagnetyzmu w cienkich warstwach granatów itrowo-żelazowych. W Rozdziale III opisano główne techniki eksperymentalne. W Rozdziale IV przedstawiono metodę wytworzenia magnetycznych heterostruktur kobalt/granat o różnych grubościach. Rozdział V zawiera opis podstawowych właściwości magnetooptycznych i magnetycznych heterostruktur. W Rozdziale VI przedstawiono wyniki badań spektralnych powierzchni/interfejsów heterostruktur. Rozdział VII prezentuje wyniki badań ultraszybkiej dynamiki magnetyzacji, fotoindukowanej anizotropii w warstwach granatu oraz efekt modulacji precesji spinów w heterostrukturze Co/granat. Także zaobserwowano zmianę fazy precesji magnetyzacji w warstwie granatu w zakresie sprzężenia magnetostatycznego z warstwą kobaltu. Zawarte w rozprawie wyniki, prezentujące szerokie możliwości wzbudzeń optycznych oraz lokalną manipulację spinem przy wykorzystaniu spolaryzowanego światła laserowego, rokują nadzieje na zastosowania w nowych pamięciach magnetycznych o dużej szybkości zapisu.