Étude de la dynamique d'aimantation ultra-rapide par l'effet Faraday en utilisant des harmoniques d'ordres élevés polarisées linéairement

Studying ultrafast magnetization dynamics through Faraday effect and using linearly polarized high order harmonics

• Auteur / Autrice : Carla Alves
• Direction : Jan Lüning, Boris Vodungbo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 23/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie physique-matière et rayonnement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Gourdon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Salières
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annie Klisnick, Jan Vogel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'absorption

Rayonnements

Génération d'harmoniques d'ordre élevé

Faraday, Effet

Aimantation

Mots clés libres

Désaimantation ultra-Rapide

Effet Faraday

Rotation de Faraday

Ellipticité

Cobalt

Harmoniques d'ordres élevés

Polarisation linéaire

Laser femtos

Ultra-Fast demagnetization

Faraday effect

Faraday Rotation

Ellipticity

Cobalt

High order harmonics

Linear polarization

Femtos lazer

Résumé

Dans cette thèse, nous démontrons qu’un rayonnement harmonique XUV polarisé linéairement peut être utilisé en spectroscopie d’absorption pour accéder à l’état de magnétisation de tout type d’échantillon, contrairement à toutes les techniques développées jusque-là. En effet, pour la première fois, des expériences résolues en temps ont été réalisées par l'effet Faraday magnéto-optique, que nous exploitons autour du seuil d'absorption magnétiquement dichroïque M2,3 du Cobalt à 60 eV. La technique pompe-sonde a été utilisée pour obtenir la réponse dynamique des échantillons magnétiques lors de l'excitation laser. Les changements dans l’aimantation de l'échantillon sont associés aux changements dans la polarisation du faisceau harmonique de sonde, i.e. à la fois à la rotation de l’axe de polarisation et à la variation de l'ellipticité. Les principaux résultats de cette thèse démontrent que la mesure de l’effet Faraday offre un moyen ultrasensible de caractériser l’aimantation de films très minces (seulement quelques nm de matériaux magnétique). De plus, l’effet Faraday ayant lieu sur une large plage spectrale il est possible de suivre la dynamique simultanée de différents matériaux et donc d’étudier des matériaux très complexes.

In this thesis, we demonstrate that a linearly polarized XUV harmonic radiation can be employed in absorption spectroscopy to access the magnetization state of any type of sample, unlike all the techniques developed so far. Indeed, for the first time, time-resolved experiments were realized through the magneto-optical Faraday effect, which we exploit around the magnetically dichroic Co M2,3 absorption edge at 60 eV. The pump-probe technique was used to obtain the dynamic response of the magnetic samples upon laser excitation. The changes in the magnetization of the sample are associated to the changes in the polarization of the probe harmonic beam, i.e. the rotation of the polarization axis and the variation of the ellipticity. The main results of this thesis demonstrate that the measurement of the Faraday effect offers an ultra-sensitive way to characterize the magnetization of very thin films (only a few nm of magnetic materials). Moreover, since the Faraday effect takes place over a wide spectral range, it is possible to follow the simultaneous dynamics of different materials and thus to study very complex materials.