Ultrafast magnetization dynamics in multilayered films down to the few-cycle regime

Resumen

Multicapas de películas ultrafinas basadas en la aleación de CoFeB y con anisotropía magnética perpendicular (PMA) constituyen unos sistemas muy prometedores para diferentes aplicaciones tecnológicas como, por ejemplo, memorias no volátiles de bajo consumo energético y alta velocidad. Sin embargo, y antes de poderlas utilizar en ninguna aplicación tecnológica, es necesario comprender la dinámica de sus propiedades magnéticas. Con la intención de poder realizar estudios dinámicos de las propiedades magnéticas en este tipo de materiales, un objetivo de esta tesis doctoral fue el desarrollo de un montaje compacto y versátil de medidas magnetoópticas resueltas en tiempo (TR-MO). Nuestro montaje TR-MO ha sido diseñado para su uso en diferentes configuraciones magnetoópticas y con diferentes fuentes láser. El equipo de TR-MO ha sido usado para investigar las propiedades estáticas y dinámicas de las multicapas [CoFeB(tCoFeB)/Pd]N. En primer lugar, investigamos la respuesta magnética del sistema multicapa cuando fijamos el número de bicapas en N = 5 y el espesor de la película de CoFeB se modificó entre 1 y 5 Å. A continuación, hemos investigado los casos en los que se varía N entre 3 y 15 bicapas para muestras con un espesor de la capa de CoFeB (tCoFeB) de 3 y 4 Å. Además, se han estudiado otras estructuras, conocidas como “Exchange spring magnets”, y donde las multicapas [CoFeB(𝑡𝐶𝑜𝐹𝑒𝐵=3 Å)/Pd]5 constituyen el sistema magnéticamente duro y con PMA, mientras que la capa de Co es la parte magnética blanda con anisotropía en el plano de la muestra y un espesor (𝑡𝐶𝑜) que se modificó entre 0 y 25 Å. Estos estudios han sido complementados con medidas en el campo de las frecuencias empleando la espectroscopia VNA-FMR (Resonancia Ferromagnética basada en un Analizador de Redes). En el último capítulo de esta tesis doctoral, enfocamos nuestro trabajo a estudiar la posibilidad de modificar y manipular el magnetismo de una muestra mediante el campo eléctrico de la luz. De este modo, nuestro montaje TR-MO ha sido diseñado para ser capaz de emplear pulsos ultracortos en el régimen de pocos ciclos, con duraciones menores de 5 fs, y obtenidos mediante la técnica de post-compresión en fibra hueca rellena de gas. Se presentan resultados preliminares, empleando dichos pulsos ultracortos con su fase portadora-envolvente (CEP) estabilizada, que confirman que el proceso de desimanación del sistema de multicapas considerado se ve afectado directamente por el campo eléctrico de la luz.