A study about the behavior and mechanism of all-optical switching
Étude du comportement et des mécanismes de retournement tout-optique
Résumé
To meet the future needs of high density, low power consumption, and fast rate of magnetic storage technology, it is one of the urgent tasks in the field of spintronics to develop a new method of magnetization manipulation with shorter magnetization reversal time and lower energy consumption. Ultrashort pulsed laser technology offers a new way to manipulate spins in femtosecond timescale, sparking great research interest in both academia and industry. Two methods of controlling magnetization by laser, all-optical helicity-dependent switching (AO-HDS) and all-optical helicity-independent switching (AO-HIS), are discovered recently and raise numerous discussion on their mechanisms, behaviors and applications. However, the origin of two phenomena is still largely debated, which will be the main task of this thesis. A Co/Pt multilayered stack exhibiting AO-HDS phenomenon is employed to study the mechanism of AO-HDS. The film is fabricated to a 10x10 um^2 magnetic square on a Hall bar and its switching behavior is observed optically and electrically at different timescale. The switching of this magnetic unit can be demonstrated with ten consecutive circularly polarized laser pulses. The spin dynamics of AO-HDS can be understood in terms of the magnetic domain thermal nucleation and domain wall propagation driven bythermal gradient. For the past years, AO-HIS has never been observed in other rare-earth transition-metal alloys except when the rare-earth is Gd. To study the speciality of Gd, a complete series of GdRCo (R represents Tb, Dy or Ho) alloys is grown and investigated, it is demonstrated that AO-HIS can be observed when the composition of R is as low as 1.5% near the compensation point of ferrimagnet. State diagrams describing the key parameters depending on the element concentrations and spin dynamics in various samples are studied, providing some suggestion on the origin of AO-HIS and its engineering application in the future.
Afin de répondre aux besoins des futures technologies de stockage magnétique à haute densité, à faible consommation d’énergie et à haut débit, le développement d’une nouvelle méthode de manipulation de l’aimantation avec des temps d’inversion d’aimantation plus courts et une consommation d’énergie plus faible est l’une des tâches urgentes dans le domaine de la spintronique. La technologie laser à impulsions ultracourtes offre une nouvelle façon de manipuler le spin sur une échelle de temps femtoseconde, suscitant un grand intérêt de recherche dans les universités et l’industrie. Deux méthodes de contrôle de l’aimantation par laser, l’interrupteur à corrélation d’hélicoïdalité totale (AO-HDS) et l’interrupteur à corrélation d’hélicoïdalité totale (AO-HIS), ont récemment été découvertes et leurs mécanismes, comportements et applications ont fait l’objet de nombreuses discussions. Cependant, l’origine de ces deux phénomènes reste très controversée et ce sera la tâche principale de cet article. Le mécanisme de l’AO-HDS a été étudié à l’aide d’un empilement multicouche Co/Pt présentant le phénomène AO-HDS. La membrane a été réalisée sur un barreau de Hall en un carré magnétique de 10x10 um^2 et son comportement de commutation a été observé à différentes échelles de temps. La commutation de cette cellule magnétique peut être démontrée par dix impulsions laser successives polarisées circulairement. La dynamique de spin de AO-HDS peut être comprise par thermonucléation de domaine magnétique induite par Gradient thermique et propagation de paroi de domaine. Au cours des dernières années, l’AO-HIS n’a jamais été observé dans d’autres alliages de métaux de transition de terres rares, à l’exception du fait que la terre rare est Gd. Pour étudier les caractéristiques de GD, on a cultivé et étudié une série d’alliages GdRCo (R pour Tb, Dy ou Ho), l’AO-HIS peut être observé lorsque la composition de R est aussi faible que 1,5% au voisinage du point de compensation du ferromagnétique. Les diagrammes d’état décrivant les paramètres clés qui dépendent de la concentration de l’élément et de la dynamique de spin dans divers échantillons ont été étudiés, ce qui donne quelques suggestions sur l’origine de l’AO-HIS et ses applications futures en ingénierie.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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