伴隨著存儲技術(shù)的革新與發(fā)展,基于自旋信息調(diào)控和操縱的自旋電子學已成為研究熱點之一。自旋電子學作為多學科相互交叉的研究學科,不僅豐富了物理學研究內(nèi)容,并且推動了自旋電子器件的發(fā)展�；诖判圆牧系淖孕烹S機存儲以及原子系綜的量子存儲都是非常重要的研究內(nèi)容。通過對材料自旋動力學研究可以得到其內(nèi)在的自旋信息,更有利于自旋的調(diào)控,也是存儲設備革新和研發(fā)的基礎。自旋電子學中比較常用的兩種探測技術(shù)是泵浦-探測技術(shù)和自旋噪聲譜技術(shù),它們對自旋動力學研究各有優(yōu)勢。泵浦-探測技術(shù)更側(cè)重于超短時間尺度上的自旋動力學研究,而自旋噪聲譜技術(shù)更側(cè)重于本征的自旋動力學研究。本文通過兩種探測技術(shù)分別研究了鐵磁薄膜（CoFeB/MgO薄膜）和銫原子系綜的自旋動力學過程。主要的研究內(nèi)容如下:（1）描述了磁光法拉第效應超快泵浦-探測平臺,可適用于高空間分辨下的鐵磁系統(tǒng)的自旋動力學研究。光學恒溫室中的三維納米平移臺,配合光學成像,可以滿足小尺寸以及不同溫度（4 K至350 K）需要的鐵磁性材料的超快自旋動力學的研究。另外,在1 nm厚的垂直磁各向異性CoFeB/MgO薄膜上進行完整的測試,發(fā)現(xiàn)了其超快退磁以及磁矩進動過程。并... 

【文章來源】：山西大學山西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁光法拉第效應（右）以及磁光克爾效應（左）的示意圖

第二章鐵磁薄膜的超快自旋動力學研究7nnkkkdFFF~~Im211110（2.14）因此，復法拉第旋轉(zhuǎn)角為：nnnnnniFFF~~~~~~~22（2.15）在磁光克爾/法拉第效應基礎上，添加一束泵浦光激發(fā)樣品至非平衡態(tài)，用另一束具有相對時間延時的線偏振探測光測量經(jīng)過樣品反射/透射后偏振面的轉(zhuǎn)角，旋轉(zhuǎn)角變化表示樣品磁矩的大小變化，因此得到磁矩隨時間的變化過程，即為時間分辨的磁光克爾/法拉第旋轉(zhuǎn)。2.3測量系統(tǒng)的搭建圖2.2：基于時間分辨克爾旋轉(zhuǎn)的超快泵浦-探測系統(tǒng)。時間分辨法拉第旋轉(zhuǎn)或時間分辨克爾旋轉(zhuǎn)兩種重要的泵浦-探測技術(shù)，都可以用于鐵磁薄膜的超快自旋動力學研究。在系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，為了盡可能提高入射到樣品上兩束光的時間分辨，我們使

第二章鐵磁薄膜的超快自旋動力學研究9使用高精度線性平臺（Delayline）改變探測光相對于泵浦光的光程差，它長1.2m，允許相對延遲時間Δt在8ns的范圍內(nèi)改變。經(jīng)50:50分束器后共線的泵浦和探測光經(jīng)一對位于光學恒溫室內(nèi)f=7.5mm，NA=0.4的消色差透鏡組聚焦在樣品表面并透射還原為準直光束。透射光經(jīng)過半波片使沃拉斯頓棱鏡分出s態(tài)和p態(tài)偏振光的直流分量相當，其中泵浦光被濾波片過濾，只有探測光經(jīng)透鏡聚焦到平衡光橋探測器的兩個光電二極管中。泵浦光和探測光通過斬波器產(chǎn)生10kHz和80Hz的強度調(diào)整�；陔p重鎖相調(diào)制技術(shù)以及平衡光橋的高增益低噪聲探測技術(shù)，得到高信噪比的法拉第信號，可以直接反應樣品在入射光方向的磁矩大校對于光學恒溫室內(nèi)設計，樣品用低溫膠固定在可任意旋轉(zhuǎn)角度的樣品托上，其中樣品托需人為旋轉(zhuǎn)并觀測，不可避免的帶入人為誤差。在恒溫室兩側(cè)固定有一對磁極可施加橫向磁場范圍-650mT~650mT，通過旋轉(zhuǎn)樣品托角度可實現(xiàn)固定方向磁場下樣品與外磁場的夾角變化。我們的光學恒溫室中配備三維納米平移臺，配合光學成像系統(tǒng)，可以精確的找到待測的樣品區(qū)域，同時可實現(xiàn)對樣品區(qū)域微米精度的逐點掃描測量，得到區(qū)域性的磁性分布情況。如圖2.3（b）所示，能夠得到時間分辨的法拉第旋轉(zhuǎn)，同樣也表示磁矩的變化過程，可以直觀的觀測到超快退磁發(fā)生在ps量級。同時旋轉(zhuǎn)泵浦光路的掃描陣鏡并結(jié)合4f透鏡組，可以改變泵浦光和探測光的相對位置，得到空間分辨的法拉第旋轉(zhuǎn)如圖2.3（c）所示。2.4超快退磁及磁矩進動過程圖2.4:Ni薄膜（20nm）在飛秒泵浦光脈沖作用下的瞬態(tài)縱向剩磁磁光克爾信號[29]。

【參考文獻】：
期刊論文
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