fept基磁性薄膜的超快自旋动力学分析

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1、FePt基磁性薄膜的超快自旋动力学研究theloopsrecovertotheoriginaluniformswitching，thecouplingbetweenthebilayerisrebuiltThedecouplingphenomenaisduetothelaser-createdspindisordefngmainlyinFePtlayeLwhilethefollowingonsetofinterfacialcouplingresultsfromspin／latticecoolingprocessWeusethismodeltoexpla

2、intheobservedmagnetizationprecesionalmotionduringthefirst0-100psofmagnetizationrecoveryprocessintheComingGlass／Fee5一Pt05(6nm)／CoosFee2(5，7nm)／Ta(3nm)samplewhoseFePtlayerissputteredat425。Candannealedatthesametemperaturefor150min．InthehighmagnetocrystallineanisoⅡopyperpendicularm

3、agnetizedLlo—FePffCoFebilayers，becauseofitshi曲couplingstrength，wedidnotobservedthelater-induceddeeouplingphenomenon—!i百吴学葫壬学位钜丽佳ii面09车第一章绪论在奉章中，将首先给出不同时问尺度下磁性介质内发生的各种瞬态磁现象和自旋相关动力学过程；并详细探讨本论文主要关心的是在超短激光脉冲激笈下，磁性材科的超快自旋动力学过程及其基本理论：介绍这一方向的几种主要研究手段并综述它的发展过程和至今取得的主要成果。1．1．不同时间尺度下的自旋动

4、力学过程””在最长时间尺度10ns一10ms下发生的磁现象是磁畴的移动，它是一个宏观效应，对应于磁畴的成棱及畴壁的移动。在这个过程中，磁畴渐渐长大，并产生一个平行于外加磁场的净磁矩。它的基本过程涉及磁偶极相互作用和磁晶备向异性作用。这个瞬态过程的时间范围延伸得比较广，并且强烈依赖于磁性薄膜的结构、大小和不均匀性。磁畴磁化矢量的转动过程发生在ns时间量级。对于多畴结构，当外场引入的能量克服各向异性能势垒时，原束与外场反向的磁畴中的磁化矢量将进行转动，逐渐形成整个畴的旋转。这个瞬态过程的平均时间为l—o一108s，并且这个过程依赖于磁畴的大小、其几何结构

5、以及周围的退磁场的方向和大小。翻转时问可有以下的粗略计算得到。假设一单畴颓粒的磁化进动的翻转过程发生在一个时问周期T内，周围的退磁场为HD，所以．T=21c一‘，打D，且，=gu。／h，对应于一个典型的退磁场HD一3500e，得到T～104s。时间尺度在10璐．10115的自旋动力学过程主要由磁偶极相互作用、外场作用和自旋．品格相互作用驱动。翻转机制通常通过磁矩的进动来完成，它是磁矩转动的主要原因，进动过程伴随有衰减。这种磁矩的伴有衰减的进动过程理论上可用Landau．Li话chitz—Gilberc(LLG)方程【34】来描述，它引入了唯象的衰减项

6、：f2／M：)丽Af面n耳1或者f口／面，1面^d面／西，模型中电子激发被完全忽略。浚模型在描述进动引起的翻转机制时非常成功。在这种时间尺度下，自旋的这种微弱襄减的进动引起磁化强度的谐振．它可持续几ns。这一领域的一个重要发现足可通过涧仃外场脉冲参数以匹配磁激发的频率和相位束抑制磁化强度的这种谐振现象。复亘夭学硕拇位论i_赵佳帚2009年4第一蠢绪论在1-100ps内发生的自旋动力学过程已不能再忽略电子的激发．主要包括了电子．声子、声子．声子和自旋．品格相互作用。随着量子效应的出现，LLG方程渐渐地不再适用。这一领域中，磁性极化电子流的角动量传递引起

7、磁化强度的翻转。这种自旋极化电流和介质铁磁矩问相互作用的特性发展出一项新的自旋动力学，其中注入电子的能置可在费米能级以上调谐。在lfs—lps时间尺度内发生的自旋动力学过程以电子一电子和自旋．轨道相互作用为主导。这个瞬态过程包含更多的微观现象。例如，通过库伦和交换作用产生的Stoner对的激发以及通过传导的准离子和自旋轨道相互作用产生的d电子散射都被认为发生在几百个飞秒的时问内。这一时问尺度下的超快磁瞬态过程的研究在近20年内成为可能是因为超短时间(Is)脉冲激光技术的发展。磁性材料能被短于其自旋一晶格弛豫特征时间和进动特征时间的超短时间激光脉冲激励

8、和通过瞬志磁光响应进行探测。在1fs以下发生的瞬态过程是磁化过程的量子波动。这个量子波动对应于磁化的本征改变