Lateral aufgelöste Untersuchung der Magnetisierungsdynamik einkristalliner magnetischer Schichtsysteme mit zeitaufgelöster Photoemissionsmikroskopie
Final Report Abstract
Die Möglichkeit, die Magnetisierungsrichtung eines ultradünnen magnetischen Films durch optische Anregung beeinflussen zu können, hat außerordentliche Relevanz für zukünftige Anwendungen im Bereich magnetischer Datenspeicherung und Informationsverarbeitung. Im Projekt wurde dazu die direkte Anregung epitaktischer ferromagnetischer Schichtsysteme durch ultrakurze Laserpulse ortsaufgelöst mit Photoemissionsmikroskopie (PEEM) und magnetischem Röntgenzirkulardichroismus (XMCD) untersucht. Durch Vergleich von magnetischen Domänenbildern vor und nach Anwendung eines einzelnen Laserpulses von 800 nm Wellenlänge und ≈ 60 fs Dauer kann der Effekt dieses Pulses auf die magnetischen Domänen abgebildet werden. In einer Co/Cu/Ni-Dreifachschicht, die in-situ auf einer Cu(001)-Einkristalloberfläche präpariert wurde, zeigen die magnetischen Domänen der in-planemagnetisierten Co-Schicht oberhalb einer kritischen Flussdichte, die bei Raumtemperatur bei etwa 12 mJ/cm2 liegt, stochastische Domänenwandbewegungen über Distanzen von bis zu über 1 µm. Ein Effekt der Laserpulse auf die Domänen der untenliegenden Ni-Schicht, die aufgrund der gewählten Dicke der Cu-Schicht ihre Out-Of-Plane-Magnetisierung bis auf eine leichte Neigung in Richtung der Co-Magnetisierung beibehält, ist sehr viel geringer. Die Wahrscheinlichkeit solcher laserinduzierter Domänenwandbewegungen wurde als Funktion der Laser-Flussdichte und der Proben-Basistemperatur systematisch untersucht. Sie steigt mit beidem stark an. Insbesondere die große Änderung bei leichter Erhöhung der Probentemperatur legt nahe, dass es sich dabei nicht einfach um einen thermisch aktivierten Prozess handelt. Aus Pump-Probe-Messungen folgt zudem, dass bei diesen Experimenten eine Entmagnetisierung der Co-Schicht nicht erreicht wird. Die Änderungen im Domänenbild sind daher nicht auf eine sich nach Entmagnetisierung magnetisch neu ordnende Probe zurückzuführen, sondern tatsächlich auf eine Verschiebung von Domänenwänden. Mögliche Erklärungen sind eine durch den Laserpuls zusätzlich abgesenkte Energiebarriere für die thermische Domänenwandbewegung oder nicht-thermische Mechanismen wie spinstrominduziertes Depinning von Domänenwänden oder spin-kalorische Effekte.
