光子角动量与含过渡金属的铁磁体系相互作用的研究

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基于圆偏振飞秒激光的逆法拉第效应(IFE)已经在垂直磁化的GdFeCo薄膜上实现了全光磁存储,但是对飞秒激光的IFE的研究还不够透彻,特别是飞秒激光的IFE产生的磁脉冲宽度仍然是有争议的,导致全光磁存储的物理机制仍然是不清楚的,这限制了全光磁存储技术的进一步发展。   另一方面,圆偏振飞秒激光能在面内磁化的铁磁薄膜内感应一个瞬态磁光Kerr峰,它的物理起源也仍然是有争议的,弄清它的起源有助于了解此瞬态Kerr峰和IFE是否有关系,或许能有助于弄清飞秒激光的IFE产生的磁脉冲的宽度。   本文采用时间分辨的磁光克尔光谱技术,首先研究了圆偏振飞秒抽运光在面内磁化的FePt薄膜内感应的瞬态Kerr峰的性质。发现此瞬态Kerr峰是由抽运光的光子角动量决定的,与抽运光的热作用引起的超快退磁和磁化恢复是相互独立的效应,显示光子角动量不影响磁演化。   本文重点研究了圆偏振飞秒抽运光在垂直磁化的GdFeCo薄膜上感应的瞬态Kerr峰。首先在实验上确定了圆偏振抽运光能在垂直磁化的GdFeCo薄膜上感应瞬态Kerr峰,并且进一步认识了瞬态Kerr峰的性质。接着,在光路中使用光弹调制器来研究瞬态Kerr峰随着抽运流密度的变化。发现瞬态Kerr峰的宽度与激光脉冲的自相关曲线宽度一致,并且不随着抽运流密度的变化而改变。   从上述两个实验的结果可知,圆偏振抽运光能在面内磁化FePt和垂直磁化GdFeCo薄膜上都感应瞬态Kerr峰。另外,文献报道在非铁磁性金属中也观察到此瞬态Kerr峰。因而,此瞬态Kerr峰不仅与磁化取向无关,而且与铁磁性无关。综上所述,我们提出此瞬态Kerr峰可能起源于自由电子的顺磁磁化,而顺磁磁化的外磁场来自于圆偏振抽运光的逆法拉第效应的观点。基于顺磁磁化模型计算的磁场强度位于IFE产生的磁场强度范围,支持我们的观点。最后,基于我们的顺磁磁化观点,飞秒激光的逆法拉效应感应的磁场脉冲宽度应该与激光脉冲宽度一致。
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