过渡金属氧化物及其人工结构中的超快光学激发和测量是近年来凝聚态物理学研究的热点之一。最近的一项研究工作发现, 在BiFeO₃/La_0.67Sr_0.33MnO₃(BFO/LSMO)外延异质结构中受到覆盖层BFO的调制作用, 铁磁性薄膜层(LSMO)呈现超快自旋进动现象。

该文章(Modulation of ultrafastlaser-induced magnetization precession in BiFeO₃-coated La_0.67Sr_0.33MnO₃thin films)发表于SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy第60卷第4期上, 由中国科学院物理研究所金奎娟研究员担任通讯作者。研究者采用超快时间分辨泵浦-探测技术, 测量了BFO/LSMO外延异质结构中LSMO铁磁性薄膜层的磁光克尔效应, 并发现了受到BFO覆盖层调制的超快自旋进动效应。

图1  超快时间分辨光学测量系统

图2  LSMO薄膜以及有BFO覆盖层的LSMO薄膜在飞秒脉冲光作用下的时间分辨磁光克尔信号, 图(a)、(b)、(c)分别对应外加磁场为0.2 T、0.4 T、0.6 T时的结果, 图(d)、(e)、(f)是相应的傅里叶频谱

超快脉冲激光与磁性材料的相互作用是凝聚态物理学研究的一个重要方向。超快脉冲激光光谱测量可以在飞秒时间尺度上探测自旋的快速相干运动, 为研究磁性材料中自旋的反转和输运机制, 以及实现对自旋的探测和调控提供了有效的实验手段。反铁磁序的BFO和铁磁序的LSMO两种明星材料的外延异质结具有交换偏置和多铁性调控等效应, 在最近的氧化物材料研究中受到了广泛的关注和报道。

中国科学院物理研究所万骞、金奎娟等人使用该课题组自主搭建的飞秒时间分辨超快光学测量系统, 利用泵浦-探测技术, 测量了LSMO超薄膜的超快磁光克尔信号谱, 从测量结果中清楚地观察到了LSMO磁性超薄膜材料中的超快光致自旋进动现象。通过对比LSMO薄膜与BFO/LSMO外延异质结的自旋进动信号, 发现BFO覆盖层降低了LSMO层中超快自旋进动的频率。这一现象被视为BFO覆盖层通过界面效应对LSMO层中自旋进动过程的调制作用, 其可能原因是磁各向异性场的改变。

这一工作使用超快时间分辨测量技术研究了BFO/LSMO外延异质结中界面效应导致的自旋进动调制现象, 对于研究此类过渡金属氧化物人工结构体系的界面效应, 以及新兴的自旋电子学研究中十分关注的快速自旋调控具有重要的参考价值和意义。

该项研究得到了国家重点基础研究发展计划(编号: 2014CB921001, 2013CB328706)的资助。

更多详情请阅原文:

Q. Wan, K. J. Jin, J. S. Wang, H. B. Yao, J.X. Gu, H. Z. Guo, X. L. Xu, and G. Z. Yang, Modulation of ultrafastlaser-induced magnetization precession in BiFeO₃-coated La_0.67Sr_0.33MnO₃thin films, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 60, 047511 (2017)

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCPMA/60/4/10.1007/s11433-017-9006-8?slug=full%20text

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11433-017-9006-8