【摘 要】
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现代磁存储工业亟需解决的两大问题分别是提高磁记录介质密度和获得较快的读写速度,而目前写入速度极限约为百皮秒量级。飞秒（fs）激光诱导的超快自旋动力学提供了一种在亚皮秒时间域内操控自旋的有效方法,在提升磁记录写入速度中具有巨大的应用潜力。近年来,稀土（RE）过渡金属（TM）亚铁磁性合金被认为是高密度、低功耗磁存储器件理想的候选材料之一,并且由于其同时具有4f局域电子和3d巡游电子的磁机制特征而表现特
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现代磁存储工业亟需解决的两大问题分别是提高磁记录介质密度和获得较快的读写速度,而目前写入速度极限约为百皮秒量级。飞秒（fs）激光诱导的超快自旋动力学提供了一种在亚皮秒时间域内操控自旋的有效方法,在提升磁记录写入速度中具有巨大的应用潜力。近年来,稀土（RE）过渡金属（TM）亚铁磁性合金被认为是高密度、低功耗磁存储器件理想的候选材料之一,并且由于其同时具有4f局域电子和3d巡游电子的磁机制特征而表现特殊的光诱导磁化动力学行为,受到科研工作者的广泛关注,然而光诱导RE-TM亚铁磁性合金的磁化动力学微观机制迄今为止尚无定论。通过探索光诱导能量有效传递的物理机制是调制RE-TM合金的超快自旋动力学的关键,并且对设计和研制超高密度的高速磁存储器件也至关重要。因此,本论文以Gd Co Fe亚铁磁性合金作为研究对象,利用时间分辨的磁光克尔效应（TR-MOKE）系统,系统地研究了不同Gd成分的Gd Co Fe合金的光诱导超快退磁以及磁化进动过程,从而深入探索了亚晶格间3d-5d6s-4f交换耦合作用对其退磁时间、进动频率和吉尔伯特阻尼因子的调制规律。具体内容和结论如下:（1）Gd Co Fe合金的fs激光诱导的能量传递是由原子内和亚晶格间交换耦合共同决定的。探索亚晶格的交换耦合作用对光诱导能量从3d自旋传递到4f自旋的影响是研究其光诱导超快动力学中的能量传递效率的关键。我们利用TR-MOKE研究了Gd Co Fe合金薄膜的磁化动力学行为。根据Gd成分的不同,光诱导的超快退磁过程有三种模式:一步退磁、连续两步退磁和不连续两步退磁模式。一步退磁时间在几个ps以内,随x的增加呈非单调变化,在磁化强度成分补偿点附近达到最大值。两步退磁只发生在成分补偿点附近,第二步退磁时间可达到几十皮秒。我们将不同的退磁现象归因于3d和4f自旋间能量传递通道的建立,这可以用Elloitt-Yafe型自旋翻转散射理论和具有特定3d-5d6s-4f交换耦合常数的四温度模型来解释。（2）我们系统地研究了Gd Co Fe亚铁磁合金薄膜的光诱导磁化动力学过程,并获得了其进动频率f、有效朗德因子geff、吉尔伯特阻尼常数αs与Gd成分的依赖关系。我们观察到在Gd Co Fe亚铁磁合金薄膜的角动量补偿点附近的进动峰快速衰减,这与角动量补偿点附近强的3d-5d6s-4f交换耦合作用导致能量的快速耗散相关。实验发现αs、geff在角动量补偿点附近显著增大,这与通过基特尔一致进动理论模型计算的结果一致。但是f与之前相关工作表现出相反的趋势,这可能与随着Gd的增加,Co Fe的柱状生长引起形状效应所致。本论文通过系统地研究了3d-5d6s-4f交换耦合作用对光诱导超快退磁和磁化进动过程的调制规律,为实际应用提供了一种操纵超快退磁和磁化动力学的有效方法。
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