Femtosekundenspektroskopie und Spindynamik

Abbildung links: Schematische Darstellung des Pump-Probe-Experiments mit rotem Pump- (1,5 eV) und blauem Probe-Puls (3 eV). Optische Pulse werden von einem Femtosekunden-Laserverstärker mit einer Wiederholrate von 1 kHz erzeugt. Rechts: Abhängigkeit der zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Antwort M(t) einer [Co/Pt]3-Mehrfachschicht von der optischen Pumpfluenz, gemessen bei konstantem äußerem Magnetfeld µH = 100 mT.
Abbildung links: Schematische Darstellung des Pump-Probe-Experiments mit rotem Pump- (1,5 eV) und blauem Probe-Puls (3 eV). Optische Pulse werden von einem Femtosekunden-Laserverstärker mit einer Wiederholrate von 1 kHz erzeugt. Rechts: Abhängigkeit der zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Antwort M(t) einer [Co/Pt]3-Mehrfachschicht von der optischen Pumpfluenz, gemessen bei konstantem äußerem Magnetfeld µH = 100 mT.

Wir untersuchen die Spindynamik, indem wir die zeitliche Entwicklung der Magnetisierung eines zu untersuchenden Materials nach ultraschneller optischer Anregung durch einen Laser verfolgen. Wir untersuchen die magnetische Reaktion bei einer zentralen Wellenlänge von 400 nm (3 eV) mithilfe des magnetooptischen Kerr-Effekts (MOKE) in longitudinaler oder polarer Geometrie, während die Anregung des Elektronensystems bei einer zentralen Wellenlänge von 800 nm (1,5 eV) erfolgt.

Als Lichtquelle wird ein Femtosekunden-Laserverstärkersystem mit Pulsenergien von bis zu 1 mJ, einer Wiederholungsrate von 1 kHz und Pulsdauern bis zu 50 fs verwendet. Die Spiegelausrichtung kann leicht zwischen polarer und longitudinaler Geometrie umgeschaltet werden, um entweder die außerhalb der Ebene oder in der Ebene liegenden Komponenten der Magnetisierung zu berücksichtigen.

Das Experiment bietet Zugang zur Femtosekunden-Magnetisierungsdynamik in den Valenz- und Leitungsbändern von 3d-Übergangsmetallen und deren Legierungen, magnetischen Mehrschichtsystemen sowie neuartigen Seltenerd-Übergangsmetall-Materialien mit einer zeitlichen Auflösung von unter 100 fs.

Publikationen

X. Chen, R. Adam, D. E. Bürgler, F. Wang, Z. Lu, L. Pan, S. Heidtfeld, C. Greb, M. Liu, Q. Liu, J. Wang, C. M. Schneider, and D. Cao, Ultrafast demagnetization in ferromagnetic materials: Origins and progress, Physics Reports 1102, 1 (2025)
https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.10.008

F. Wang, D. E. Bürgler, R. Adam, U. Parlak, D. Cao, C. Greb, S. Heidtfeld, and C. M. Schneider, Magnetization relaxation dynamics in [Co/Pt]3 multilayers on pico- and nanosecond timescales, Phys. Rev. Research 3, 033061 (2021)
https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.033061

M. Liu, S. Du, F. Wang, R. Adam, Q. Li, X. Ma, X. Guo, X. Chen, J. Yu, Y. Song, J. Xu,
S. Li, and D. Cao, Influence of surface pinning in the domain on the magnetization dynamics in permalloy striped domain films, Journal of Alloys and Compounds 869, 159327 (2021)
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159327

D. Cao, R. Adam, D. E. Bürgler, F. Wang, C. Song, S. Li, M. Mikulics, H. Hardtdegen, S. Heidtfeld, C. Greb, and C. M. Schneider, Coherent GHz lattice and magnetization excitations in thin epitaxial Ag/Fe/Cr/Fe films, Phys. Rev. B 104, 054430 (2021)
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.054430

Letzte Änderung: 11.02.2025