Un sistema di misurazione dell'effetto Kerr magneto-ottico risolto nel tempo. Credito:©Science China Press
Negli ultimi anni i ricercatori hanno studiato la magnetizzazione ultraveloce di non equilibrio in sistemi di spin correlati. Sia a livello fondamentale che applicativo, l'eccitazione dell'impulso laser ultraveloce e la misurazione dinamica forniscono un percorso efficace per il rilevamento ottico veloce, così come il controllo dell'ordine magnetico. Sono stati condotti studi con supporti magnetici che misurano l'effetto Kerr magneto-ottico risolto nel tempo (TR-MOKE), fenomeno di rilassamento magnetico ultraveloce come smagnetizzazione ultraveloce e precessione uniforme. La precessione di magnetizzazione otticamente eccitata nei supporti magnetici mostra la risposta temporale della magnetizzazione quando il campo magnetico effettivo viene modificato istantaneamente dall'eccitazione dell'impulso laser ultraveloce e fornisce informazioni microscopiche sulla dinamica di spin.
Recentemente, la ricerca si è concentrata sull'eterostruttura BiFeO3 (BFO) e LaMnO3 drogata con Sr per una serie di nuove proprietà fisiche che hanno origine dall'interazione di scambio antiferromagnetico (AFM) e ferromagnetico (FM) attraverso l'eterointerfaccia. In un articolo recentemente pubblicato su SCIENZA CINA Fisica, Meccanica e Astronomia , ricercatori dell'Istituto di Fisica, Accademia cinese delle scienze, hanno riportato la loro indagine sulla dinamica di magnetizzazione eccitata da laser ultraveloce di film sottili ferromagnetici (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) con strati di rivestimento BiFeO3 (BFO) cresciuti epitassialmente.
Questi ricercatori hanno fabbricato l'eterostruttura BFO/LSMO utilizzando il sistema di epitassia a raggio molecolare laser. Come progettato, Film sottili LSMO di 10 nm di spessore sono stati depositati su substrati monocristallini (001) SrTiO3 (STO), e film BFO da tre o 20 nm di spessore sono stati rivestiti sui film LSMO. La diffrazione dei raggi X è stata effettuata per la caratterizzazione strutturale. Con il sistema di misurazione dell'effetto Kerr magneto-ottico a risoluzione temporale ultrarapida (TR-MOKE) che hanno costruito, i ricercatori hanno misurato la risposta temporale dei campioni che hanno preparato entro la scala temporale di ~ 500 ps utilizzando una tecnica pump-probe.
Segnali transitori di rotazione Kerr del film LSMO non rivestito e dei film LSMO rivestiti con strati BFO spessi 3 e 20 nm sotto campi magnetici esterni di 0,2 T (a), 0,4 T (b), e 0,6 T (c). Le trasformate di Fourier dei segnali mostrati in (a), (B), e (c) per campi magnetici esterni di 0,2 T (d), 0,4 T (e), e 0,6 T (f), rispettivamente. Credito:©Science China Press
Due tipi distinti di oscillazioni sono stati lanciati dopo che l'impulso della pompa ha eccitato il campione. L'oscillazione ad alta frequenza a ~103 GHz era indipendente dal campo magnetico esterno, che è stato attribuito ai fononi acustici coerenti generati nei substrati STO dall'irradiazione dell'impulso di pompa. L'altra modalità di oscillazione si è verificata a una frequenza inferiore (10-30 GHz), mostrano una dipendenza positiva dal campo magnetico esterno. Questa relazione ha confermato che il comportamento di oscillazione è la precessione di magnetizzazione innescata otticamente, che è stato osservato nei supporti magnetici in precedenti misurazioni TR-MOKE ultraveloci.
intrigante, confrontando il comportamento di precessione otticamente eccitato dei campioni sotto gli stessi campi magnetici esterni, il periodo di oscillazione della precessione sembrava essere ampliato per i film LSMO rivestiti con BFO, e il campione rivestito con BFO spesso 20 nm ha mostrato un periodo di oscillazione più lungo di quello rivestito con BFO spesso 3 nm. Le trasformate di Fourier mostrano spostamenti distinti della posizione di picco della frequenza di precessione in ogni caso per lo stesso campo magnetico esterno, confermando così la modulazione di frequenza della precessione di magnetizzazione.
I ricercatori hanno analizzato il campo magnetico effettivo nel film LSMO e hanno attribuito la riduzione della frequenza di precessione alla soppressione dell'anisotropia da parte degli strati di rivestimento di BFO. Inoltre, suppongono che tale comportamento sia stato indotto dall'interazione di scambio attraverso l'interfaccia BFO/LSMO.
"Indagare la precessione di magnetizzazione otticamente eccitata negli ossidi magnetici può far luce su potenziali applicazioni nei dispositivi spintronici, " hanno scritto i ricercatori. "I nostri risultati possono fornire un approccio efficace per controllare il comportamento di spin nei film di ossido magnetico attraverso la progettazione strutturale".
