Magnetisierungsdynamik von Lanthanidmetallen untersucht mittels Photoelektronenspektroskopie unter Verwendung von höherer harmonischer Strahlung

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Weinelt
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169010978

In dem hier beantragten Projekt planen wir die Untersuchung der ultraschnellen Magnetisierungsdynamik in epitaktisch gewachsenen Lanthanidmetall-Filmen mittels winkelauflösender Photoelektronenspektroskopie (TR-ARPES). Mittels einer höheren harmonischen EUV-Strahlungsquelle werden die für den Magnetismus verantwortlichen elektronischen Zustände nach Anregung durch einen infraroten Laserpuls zeitaufgelöst untersucht. In den Lathanidmetallen können parallel die Austauschaufspaltung der delokalisierten 5d6s Valenzelektronen und die Polarisation des 4f Rumpfniveaus mittels magnetischem Lineardichroismus bestimmt werden. Dies ermöglicht einen umfassenden Einblick in intra- und interatomare Kopplungen.Unsere bisherigen Photoemissionsstudien zeigen deutlich unterschiedliche Dynamik des 4f Spinsystems in Gd und Tb, die wir auf deren unterschiedliche Bahndrehimpulse (L=0 vs. L=3) zurückführen. Während in Gd die Dynamik des 5d6s und 4f Spinsystems auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen abläuft (~0,8 vs. ~14ps), verläuft die Dynamik in Tb mit 0,4ps synchron und ungleich schneller. Diese Ergebnisse stehen nicht nur im Widerspruch zu bisher veröffentlichten Messungen des zirkularen magnetischen Röntgendichroismus, sondern stellen auch mikroskopische Beschreibungen des ultraschnellen, optischen Schaltens magnetischer Domänen in 3d4f-Legierungen vor Herausforderungen.Wir planen drei verschiedene Arten von Experimenten durchzuführen, welche es erlauben die mikroskopischen Vorgänge, die bei der Magnetisierungsdynamik eine Rolle spielen, zu studieren.(i) Der Einfluss des Bahndrehimpulses wird anhand von GdTb Legierungen untersucht. In dem bei verschiedenem Legierungsanteil simultan die Austauschaufspaltung der 5d6s Elektronen, sowie die Polarisation der 4f Elektronen in den Gd und Tb Multipletts mittels magnetischem Lineardichroismus gemessen wird, lässt sich feststellen, ob die Legierungselemente gemeinsam oder unabhängig voneinander auf die Laseranregung reagieren.(ii) Wir wollen den Einfluss der obersten atomaren Lage auf die Magnetisierungsdynamik untersuchen, indem wir diese mit Europium (4f^7 (5d6s)^2) bedecken. Die 4f Konfiguration gleicht der von Gd, wobei die Eu 4f-Multipletts energetisch gut von den Gd Multipletts getrennt sind. Zum Vergleich soll Eu durch Tb ersetzt werden, dessen Valenzbandkonfiguration nahezu identisch zu der des Gd ist.(iii) Als Drittes wollen wir TbFe Legierungen untersuchen. Abhänging vom Konzentrationsverhältnis zeigt TbFe eine sehr schwache magnetokristalline Anisotropie was sich, analog zu reinem Gd, in einer wesentlich langsameren 4f Dynamik wiederspiegeln sollte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen