Laser-induced spin dynamics in multisublattice ferrimagnetic dielectrics

Abstract

Głównym celem przedstawionej rozprawy jest zrozumienie procesów zachodzących po wzbudzeniu ultrakrótkim impulsem światła spolaryzowanego w wielopodsieciowych dielektrykach magnetycznych w skali pikosekundowej. W rozdziale 1 umieszczono wstęp dotyczący badań w zakresie femtomagnetyzmu. Rozdział 2 zawiera opis eksperymentalnych technik. W rozdziale 3 umieszczono krótki przegląd wybranych właściwości warstw granatów. W rozdziale tym także opisano próbki granatów stanowiących przedmiot badań oraz zostały przedstawione wyniki badań temperaturowych magnetyzacji nasycenia. Rozdział 4 prezentuje wyniki badań statyki procesów magnesowania, anizotropii magnetycznej oraz magnetycznych struktur domenowych w szerokim zakresie temperaturowym. W rozdziale 5 zaprezentowano nowe możliwości wzbudzenia ultraszybkiej koherentnej dynamiki spinów przy wykorzystaniu odwrotnego efektu Faradaya. W wyniku badań zaobserwowano lokalne wzbudzenie i generacja objętościowych magnetostatycznych fal spinowych w zakresie częstotliwości GHz-ów. W drugiej części tego rozdziału zaprezentowano wyniki badań temperaturowych nietermicznego wzbudzenia kolektywnego zjawiska rezonansu między podsiecią ziem rzadkich oraz żelaza w bardzo szerokim zakresie częstotliwości od 40 GHz do 1.5 THz przy indukowaniu pojedynczym impulsem światła.

The goal of this thesis is to understand processes which take place after ultrashort polarized laser pulse irradiation on multisublattices magnetic dielectric on picosecond time scales. In Chapter 1, an introduction to the subject of study. Chapter 2, dedicted to experimental techniques. Chapter 3, contains short overview about properties of similar materials. In this Chapter we present the parameters of investigated samples and the experimental results of spontaneous magnetization at wide temperature range. Chapter 4 rperesents our result on static experiments. In Chapter 5, we demonstrate possibility of excitation of ultrafast magnetization precession via the inverse Faraday effect. We observed the local excitation of the volume magnetostatic spin wave within GHz frequency range. Second part of this chapter related to the temperature study of spin precession at different time scales. Strong influence of magnetic rare-earth ions on frequency of magnetization precession was observed. In conclusion, we demonstrated non-thermal all-optical excitation of the collective exchange resonance between rare-earth and iron sublattices in wide frequency range from 40 GHz to 1.5 THz via a single femtosecond laser pulse.