(Tb,Gd)FeCo磁光薄膜中的飞秒激光感应超快磁化动力学研究

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随着信息和网络时代的到来,各类信息迅猛增加,人们对数据存储密度和速度的要求越来越高,发展超高密度、高速记录技术成为信息技术领域的新课题。高密度记录需要使用高矫顽力的记录介质以克服超顺磁效应,但目前的磁头技术仍难以达到饱和磁化高矫顽力介质的水平。因此,光辅助磁记录技术被发展,它利用聚焦激光束加热介质到接近居罩温度或跨越补偿温度进行磁记录,解决了室温下高矫顽力介质的磁化写入问题,同时获得高容量、高热稳定性的记录性能。光辅助磁记录技术的记录速度决定于介质的激光感应超快退磁和磁化翻转速率,因此,研究光—磁相互作用的超快动力学过程,是发展高速光辅助磁记录的前提。本文以优异的磁光记录材料TbFeCo和GdFeCo为对象,研究飞秒激光激发样品时的超快退磁及翻转动力学,测量光.磁响应的特征时间,分析样品的激光感应规律,以一步探索光辅助磁记录过程中蕴含的物理机制。 本文采用飞秒时间分辨磁光克尔光谱技术,首先研究了TbFeCo磁光薄膜中的飞秒激光感应超快退磁动力学。实验发现TbFeCo样品中的激光感应磁化响应表现为亚皮秒的超快退磁化和几百皮秒的慢磁化恢复两个过程,可基于“三温度”模型进行解释。在对TbFeCo单层膜样品进行抽运光激发功率依赖研究中发现,在低于样品损伤阀值的激发功率下退磁率随激发强度的增高而增大,相应的磁化恢复时间也增长;在同系列的成份相同衬底厚度不同的TbFeCo样品对比实验中发现,同功率激发下衬底较薄的样品易获得更高的退磁化率,磁化恢复速率更快。实验结果证实了亚皮秒退磁化时间常数的内禀性,反映出磁化恢复过程主要由自旋—晶格弛豫控制。 本文重点研究了GdFeCo磁光薄膜中激光感应跨越铁磁补偿温度时的超快磁化翻转动力学。在以Al为热传导衬底材料GdFeCo薄膜样品中,观察到包含了超快自旋翻转、磁化反转运动、反向磁化恢复三个子阶段的光激发磁化响应近完整过程。在激光感应超快磁化动力学的抽运光激发功率依赖实验中发现,随着激发功率的增大,磁化翻转速率增大,磁化朝初始态的恢复时间增长,这与抽运光强度对应的感生热电子数目及其能量传递效果有关。在饱和磁场与剩磁场下样品的激光感应磁化动力学时间分辨曲线对比中,发现其亚皮秒的光激发自旋响应行为完全一致,表明这一时间尺度内的超快光—磁作用应是源于材料内部性质的一种本征行为。 此外,在抽运—探测光路负延迟处测量到了GdFeCo磁光薄膜完全不同于常规磁滞回线形貌的反常克尔磁滞回线,可根据稀土(RE)元素Gd与过渡族金属(TM)元素FeCo两个子系统间的反平行耦合随温度的变化关系进行解释。而在反常克尔回线上,外磁场高于和低于矫顽力段的饱和磁化强度并不相同,这种磁化强度差异间接反映出Gd与FeCo之间的非刚性耦合特征,此结果对于深入认识GdFeCo磁光薄膜中的RE—TM反平行铁磁耦合及其跨越铁磁补偿温度时的磁化翻转机理具有重要意义。
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