Studium spinové dynamiky v magnetických kovech pomocí terahertzové a optické spektroskopie

Abstract

Understanding of the ultrafast spin dynamics is essential for application and further development of new spintronic devices. The ultrafast spintronics is a promising path towards faster and less energetically demanding technologies comparing to current electronics. Recent studies have reported on a novel possi- bility of investigation of ultrafast out-of-plane spin transport using the technique of spintronic generation of terahertz (THz) pulses. This work focuses on deter- mining the nature of out-of-plane spin transfer in spintronic THz emitters by direct experimental quantification of the spin current relaxation length and the speed of spin propagation. Our results suggest that the ultrafast spin currents are of the ballistic nature and the spin current relaxation time is limited by the scaterring time and the relaxation length by the mean free path. Another recentely published method, also used in this work, is the the contactless THz measurement of anisotropic magnetoresistance (AMR). In a thin layer of cobalt- iron, we demonstrate that the AMR, a central phenomenon commonly used in the antiferromagnetic spintronics to read the state of magnetic order, can be investigated by the THz spectroscopy even if dominated by the crystalline term. We complement the study by a spectral analysis of the crystalline...

Pochopení dynamiky ultrarychlých spinových procesů je zásadním krokem pro aplikace a další vývoj nových spintronických součástek. Ultrarychlá spin- tronika představuje slibnou cestu k rychlejším a energeticky méně náročným technologiím ve srovnání se současnou elektronikou. Nedávné studie naznačují nové možnosti zkoumání ultrarychlého spinového transportu v kolmém směru k rovině vzorku pomocí metody spintronického generování terahertzových (THz) pulzů. Tato práce se zaměřuje na určení povahy tohoto spinového transportu ve spintronických THz emitorech přímým experimentálním vyhodnocením re- laxační délky spinového proudu a rychlosti šíření spinu. Naše výsledky naznačují, že ultrarychlé spinové proudy jsou balistické povahy a doba relaxace spinového proudu je omezena rozptylovým časem a relaxační délka střední volnou dráhou. Další nedávno publikovanou metodou, rovněž použitou v této práci, je bezkon- taktní THz měření anizotropní magnetorezistence (AMR). V tenké vrstvě kobalt- železa demonstrujeme, že AMR, centrální jev běžně používaný v antiferomag- netické spintronice ke čtení stavu magnetického uspořádání, lze zkoumat THz spektroskopií, a to i v případě, kdy dominuje krystalický člen....