Materials World Network: Ultrafast All-Optical Switching in Ferri-/Ferromagnetic Nanomagnets
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden zunächst die statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften von hartmagnetischen L10 FePtCu Legierungsschichten, die mittels Sputterdeposition und anschließendem rapid thermal annealing (RTA) auf SiO2/Si(001) Substraten und SiO2-Partikelmonolagen mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern (100 nm bis mehrere µm) abgeschieden wurden, untersucht. Hier zeigte sich, dass weder auf Partikeloberflächen noch durch eine Nanostrukturierung mittels fokussierter Ionenstrahllithographie eine (001) Textur erhalten werden kann, die für die senkrechte magnetische Anisotropie jedoch erforderlich ist. Es wird spekuliert, dass Stress, der sich während des RTA Prozesses auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten entwickelt und für die (001) Texturbildung essentiell ist, abgebaut werden kann. Als weiteres System wurden ferrimagnetische TbFe Kappenstrukturen mit senkrechter magnetischer Anisotropie auf Partikelmonolagen mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt und das optisch induzierte Ummagnetisieren an einem neu aufgebauten TR-MOKE System mittel zirkular polarisierten Laserpulsen untersucht. Interessanterweise war es im Gegensatz zu kontinuierlichen TbFe(Co) Schichten nicht möglich eine optisch induzierte Ummagnetisierung zu erhalten. Das magnetische Kopplungsverhalten von unterschiedlichen L10 FePtCu/TbFeCo Dünnschichten wurde systematisch untersucht und die Materialkombination (Fe80Cu15)52Pt48/Tb26Co74 mit einer starken Austauschkopplung zwischen FeCuPt und TbCo als geeignet für AOS Untersuchungen identifiziert. Unter optischer Anregung konnte ein helitätsunabhängiger thermisch induzierter Entmagnetisierungsprozess beobachtet werden. In der letzten Phase des Projekts konnte das Spinwellenspektrum von TbFe erstmalig in Nanostrukturanordnungen beobachtet und analysiert werden. Durch die gleichzeitige Anregung von Oberflächenwellen wird die Magnetisierungsdynamik über die magneto-elastische Kopplung beeinflusst und ermöglicht hierdurch die Bestimmung der effektiven Gilbert-Dämpfung. In einer weiteren gemeinsamen Studie konnte gezeigt werden, dass durch Messung der magnetischen Präzessionsfrequenzen von gekoppelten magnetischen Schichten bei Variation des angelegten Feldes und des Feldwinkels, die Austauschkopplungskonstante extrahiert werden kann.
Publications
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“Ultrafast demagnetization of FePt:Cu thin films and the role of magnetic heat capacity”, Phys. Rev. B 90, 224408 (2014)
J. Kimling, J. Kimling, R. B. Wilson, B. Hebler, M. Albrecht, and D. G. Cahill
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“Magneto-optical Response of Ferrimagnetic Tb-Fe Thin Films in the Visible and Ultraviolet Range”, J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 245001 (2015)
A. Hassdenteufel, C. Schubert, P. Reinhardt, P. Richter, M. Fronk, D. R. T. Zahn, R. Bratschitsch, G. Salvan, and M. Albrecht
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Exchange coupled L10 FeCuPt/Fe heterostructures: magnetic properties at elevated temperatures”, Thin Solid Films (2017)
D. Mitin, N. Y. Safonova, M. Wachs, O. Klein, and M. Albrecht
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“Optical measurement of Gilbert damping in nanomagnet arrays using magnetoelastically driven resonances“, Letter in J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 17LT01 (2017)
Y. Yahagi, C. Berk, B. Hebler, S. Dhuey, S. Cabrini, M. Albrecht, and H. Schmidt
