Dynamique d'aimantation ultra-rapide dans les métaux de transition ferromagnétiques : une étude de la thermalisation des spins induite par impulsions optiques femtosecondes et des oscillateurs couplés excités par impulsions acoustiques picosecondes

Ultrafast magnetization dynamics in ferromagnetic transition metals : a study of spins thermalization induced by femtosecond optical pulses and of coupled oscillators excited by picosecond acoustic pulses

• Auteur / Autrice : Vishal Shokeen
• Direction : Jean-Yves Bigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/09/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Gilliot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Vallée, Stéphane Mangin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Magnétooptique

Matériaux ferromagnétiques

Métaux de transition

Aimantation

Mots clés libres

Dynamique magnéto-optique

Dynamique athermale

Désaimantation ultrarapide

Interlayer exchange coupling

Magneto-accoustics

Synchronized precession

Coherent magneto-optical

Spin orbit and exchange interaction

Non-thermal dynamics

Ultrafast demagnetization

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié la dynamique d'aimantation selon deux échelles de temps en utilisant la technique pompe-sonde magnéto-optique résolue en temps. A l'échelle de la picoseconde, la précession de l'aimantation est induite par des impulsions acoustiques dans des structures multicouches composées de deux couches ferromagnétique séparées par une couche métallique (Ni/Au/Py) avec différentes épaisseurs. La synchronisation de la précession des couches ferromagnétiques couplées a été observée. La modification de la précession de l'aimantation d'une couche de Ni est due l'interaction d'échange intercouche avec la couche Py. A l'échelle de 50fs, nous avons étudié la dynamique magnéto-optique cohérente, athermale, thermale et la relaxation des charges et des spins dans (Ni, Co et Fe) par impulsions de 11 fs dans un régime de faible perturbation. L'interaction spin-orbite et l'interaction d'échange jouent un rôle significatif dans la désaimantation ultrarapide.

In this thesis, we have investigated the magnetization dynamics at picosecond and femtosecond time scale using time resolved magneto-optical pump probe technique. At picosecond time scale, the magnetization precession is induced by ultrafast acoustic pulses in a three layered structure with two ferromagnetic layers separated by varying thickness of metallic spacer layer (Ni/Au/Py). The magnetization precession dynamics of the Ni layer is modified due to the interlayer exchange interaction with the Py layer and the synchronized precession of the coupied ferromagnetic layers has been observed. At the timescale of 50fs, coherent magneto-optical, non-thermal, thermal and relaxation dynamics of charges and spins in ferromagnetic transition metals (Ni, Co and Fe) is studied by using 11fs optical pulses in a very low perturbation regime. The spin orbit interaction and exchange interaction play a significant role in the demagnetization of the ferromagnetic metals induced by femtosecond pulses.