磁光克爾顯微鏡使人們能夠測量鐵磁納米結(jié)構(gòu)的超快磁化動力學(xué)膳汪，磁光信號可以記錄在一個共聚焦反射幾何與精確選擇的偏振。共線泵浦和探針光束測量了泵浦-探針的磁化動力學(xué)九秀，探針和泵浦光束都可聚焦到其衍射極限遗嗽。
飛秒磁光克爾顯微鏡
磁介質(zhì)中記錄和讀取過程的改進(jìn)需要從兩個重要方面進(jìn)行探索鼓蜒。一方面痹换，希望獲得高達(dá)1萬億比特/英寸的大記錄密度。另一方面都弹，每個單獨存儲元件的響應(yīng)和訪問時間應(yīng)在10 GHz范圍內(nèi)執(zhí)行娇豫。這樣的空間和時間特征需要有效的診斷來測量具有高空間分辨率的磁化動力學(xué)。在時間方面畅厢，用飛秒光脈沖進(jìn)行磁光學(xué)似乎是研究鐵磁材料的超快退磁冯痢、磁化進(jìn)動和磁化切換等物理過程的理想方法。zui終或详，zui短的可測量事件是由激光脈沖決定的系羞。例如，使用來自鈦:藍(lán)寶石振蕩器的20 fs脈沖椒振，已經(jīng)證明退磁過程發(fā)生在電子的熱化時間內(nèi)，即在CoPt3鐵磁薄膜的情況下梧乘，60 fs在空間方面澎迎，根據(jù)所需的分辨率，使用了各種方法选调，包括掃描電子顯微鏡與極化分析夹供，磁力顯微鏡，光電電子顯微鏡仁堪，和掃描近場磁光克爾顯微鏡哮洽。因此理想情況下，可以結(jié)合時間和空間分辨率來研究單個納米結(jié)構(gòu)的磁化動力學(xué)弦聂。
圖1
飛秒時間分辨光學(xué)克爾顯微鏡如圖1所示鸟辅。泵浦和探針激光脈沖由鈦藍(lán)寶石再生放大器獲得，以5 KHz的重復(fù)率工作莺葫，以避免累積熱效應(yīng)匪凉。持續(xù)時間為150 fs(泵)和180 fs(探頭)。泵浦光束中心波長為790 nm捺檬，探測光束中心波長為395 nm再层，在1.5 mm厚的硼酸鋇晶體中通過二次諧波產(chǎn)生。兩個獨立的望遠(yuǎn)鏡允許一個人調(diào)整每個光束的模式，以獲得對樣品的zui佳聚焦聂受。通過光延遲線后蒿秦，泵浦光束與線偏振的探測光束共線。聚焦是使用一個標(biāo)準(zhǔn)的顯微鏡物鏡與一個數(shù)值孔徑0.65的40倍物鏡饺饭。嘗試使用反射物鏡來zui小化探測脈沖的群速度色散，然而它惡化了探針束的偏振狀態(tài)瘫俊，否則探針束在整個顯微鏡中保持偏振消光比為0.0005。聚焦光斑的直徑分別為300 nm和600 nm悴灵。反射的探針光束被分束器收集扛芽，聚焦在直徑為20 um的針孔上。對于某些示例积瞒，這種共聚焦配置可用于消除來自樣品襯底的背景散射光川尖。在針孔之后，用一個偏振器來分析探測光束的克爾旋轉(zhuǎn)茫孔，該偏振器相對于入射光束的交叉偏振方向的角度為幾度(交叉偏振器技術(shù))然后用光電倍增管和鎖定檢測方案進(jìn)行檢測叮喳。垂直于樣品平面施加zui大振幅為±4 kOe的可變靜態(tài)磁場H。樣品可以用XY壓電掃描臺在±40 um的距離上進(jìn)行掃描缰贝，精度為2 nm馍悟。CoPt3光盤是由15 nm的CoxPt1?x (x=0.25)合金薄膜通過分子束外延生長在沉積在500 um取向藍(lán)寶石(0001)襯底上的12 nm Pt緩沖層上，通過電子光刻制成的圓盤的直徑為0.2 ~ 1m剩晴，圓盤之間的距離為0.5 ~ 2um锣咒。
圖2
圖2(a)表示時間的變化泵浦激勵密度為4 mJ cm?2，外加磁場設(shè)置為3.5 kOe赞弥，使靜態(tài)磁化達(dá)到飽和毅整。插圖描繪了超快磁化動力學(xué)的詳細(xì)視圖。圖2(b)表示類似的曲線绽左，但激發(fā)密度為8 mJ cm?2悼嫉。初始退磁發(fā)生在泵浦脈沖期間拼窥，對應(yīng)于自旋的激光加熱戏蔑，發(fā)生在電子的熱化過程中由于探針脈沖持續(xù)時間為180秒，這里的熱化過程沒有得到解決闯团。注意辛臊，對于zui大激勵密度[圖2(b)]，初始退磁完成房交。然后再磁化發(fā)生在兩個主要步驟彻舰。第1個對應(yīng)于自旋和晶格之間的平衡。兩種強(qiáng)度對應(yīng)的時間常數(shù)分別為2.5和5.2 ps。這種重要的變化可以用電子Ce和自旋Cm比熱的溫度依賴性來解釋刃唤。隨后發(fā)生的再磁化過程對應(yīng)于晶格的冷卻和與基底能量交換相關(guān)的自旋隔心。它隨激發(fā)密度變化不大[圖2(a)和圖2(b)分別為630和530 ps]尚胞。
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