Un sistema de medición del efecto Kerr magneto-óptico de resolución temporal. Crédito:© Science China Press
Los investigadores han estudiado la magnetización ultrarrápida fuera de equilibrio en sistemas de espín correlacionados en los últimos años. Tanto a nivel fundamental como de aplicación, La excitación ultrarrápida del pulso láser y la medición dinámica proporcionan un camino eficaz hacia la detección óptica rápida. así como el control del orden magnético. Se han realizado estudios con medios magnéticos que miden el efecto Kerr magnetoóptico de resolución temporal (TR-MOKE), Fenómeno de relajación magnética ultrarrápida, como desmagnetización ultrarrápida y precesión uniforme. La precesión de magnetización ópticamente excitada en medios magnéticos exhibe la respuesta temporal de magnetización cuando el campo magnético efectivo cambia instantáneamente por excitación de pulso láser ultrarrápido y proporciona información sobre la dinámica de espín microscópicamente.
Recientemente, La investigación se ha centrado en la heteroestructura BiFeO3 (BFO) y LaMnO3 dopada con Sr para una serie de propiedades físicas novedosas que se originan a partir de la interacción de intercambio antiferromagnético (AFM) y ferromagnético (FM) a través de la heterointerfaz. En un artículo publicado recientemente en CIENCIA CHINA Física, Mecánica y Astronomía , investigadores del Instituto de Física, Academia china de ciencias, informaron de su investigación sobre la dinámica de magnetización ultrarrápida excitada por láser de películas delgadas ferromagnéticas (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) con capas de recubrimiento de BiFeO3 (BFO) de crecimiento epitaxial.
Estos investigadores fabricaron la heteroestructura BFO / LSMO utilizando el sistema de epitaxia de rayo molecular láser. Como fue diseñado, Se depositaron películas delgadas LSMO de 10 nm de espesor sobre sustratos monocristalinos de SrTiO3 (STO) (001), y se revistieron películas de BFO de tres o 20 nm de espesor sobre las películas de LSMO. Se realizó difracción de rayos X para la caracterización estructural. Con el sistema de medición de efecto Kerr magnetoóptico ultrarrápido de resolución temporal (TR-MOKE) que construyeron, los investigadores midieron la respuesta temporal de las muestras que prepararon dentro de la escala de tiempo de ~ 500 ps utilizando una técnica de bomba-sonda.
Señales de rotación de Kerr transitorias de la película LSMO sin recubrimiento y las películas LSMO recubiertas con capas de BFO de 3 y 20 nm de espesor bajo campos magnéticos externos de 0.2 T (a), 0,4 T (b), y 0,6 T (c). Las transformadas de Fourier de las señales mostradas en (a), (B), y (c) para campos magnéticos externos de 0.2 T (d), 0,4 T (e), y 0,6 T (f), respectivamente. Crédito:© Science China Press
Se lanzaron dos tipos distintos de oscilaciones después de que el pulso de la bomba excitara la muestra. La oscilación de alta frecuencia a ~ 103 GHz fue independiente del campo magnético externo, que se atribuyó a los fonones acústicos coherentes generados en los sustratos de STO por la irradiación de impulsos de bombeo. El otro modo de oscilación se produjo a una frecuencia más baja (10-30 GHz), exhibiendo una dependencia positiva del campo magnético externo. Esta relación confirmó que el comportamiento de la oscilación es la precesión de magnetización activada ópticamente, que se ha observado en medios magnéticos en anteriores mediciones ultrarrápidas de TR-MOKE.
Curiosamente, comparando el comportamiento de precesión ópticamente excitado de las muestras bajo los mismos campos magnéticos externos, el período de oscilación de la precesión pareció expandirse para las películas LSMO recubiertas de BFO, y la muestra recubierta con BFO de 20 nm de espesor exhibió un período de oscilación más largo que la recubierta con BFO de 3 nm de espesor. Las transformadas de Fourier muestran cambios distintos de la posición del pico de la frecuencia de precesión en cada caso para el mismo campo magnético externo, confirmando así la modulación de frecuencia de la precesión de magnetización.
Los investigadores analizaron el campo magnético efectivo en la película LSMO y atribuyeron la reducción de la frecuencia de precesión a la supresión de la anisotropía por las capas de revestimiento de BFO. Es más, suponen que tal comportamiento fue inducido por la interacción de intercambio a través de la interfaz BFO / LSMO.
"La investigación de la precesión de magnetización excitada ópticamente en los óxidos magnéticos puede arrojar luz sobre la posible aplicación en dispositivos espintrónicos, "escribieron los investigadores." Nuestros hallazgos pueden proporcionar un enfoque eficaz para controlar el comportamiento de giro en películas de óxido magnético a través del diseño estructural ".
