Investigation of laser pulse-induced magnetization dynamics in noncollinear antiferromagnets

Abstract

Nekolineární antiferromagnety nabízejí značný potenciál pro překonání rychlostních i prostorových omezení tradiční spintroniky. Tato práce s využitím experimentální tech- niky excitace a sondování zkoumá dosud relativně málo prozkoumanou skupinu materiálů s nekolineárním magnetickým uspořádáním: kubické nitridy antiperovskitů na bázi Mn, konkrétně tenké kovové filmy Mn3NiN (v magnetické fázi Γ4g ) a Mn3GaN (v magnetické fázi Γ5g ). Hlavní důraz je kladen na magnetooptickou odezvu kvadratickou v magnetic- kém momentu, která závisí výhradně na orientaci lineární polarizace excitačního pulzu a představuje tedy nejjednodušší možnou formu netepelné optické kontroly magnetických materiálů. Byla naměřena magnetooptická spektra indukovaná excitačním pulzem, která odpovídají tomuto excitačnímu mechanismu, a byly pozorovány oscilující magnetooptické signály v pikosekundovém časovém rozsahu, ukazující precesi oktupólového momentu po dopadu tohoto pulzu. Dále byla identifikována experimentální geometrie umožňující pozo- rování magnetooptické odezvy lineární v magnetickém momentu. To umožnilo experimen- tálně potvrdit existenci (neexistenci) tohoto typu magnetooptického signálu v Mn3NiN (Mn3GaN), což je v souladu se symetrií jejich magnetických fází. Byla změřena spektrální závislost tohoto lineárního magnetooptického...

Non-collinear antiferromagnets offer strong potential for overcoming the speed and layout constraints of traditional spintronics. Using a pump-probe experimental tech- nique, this thesis investigates a relatively unexplored family of materials with non-col- linear magnetic ordering: cubic Mn-based antiperovskite nitrides, specifically thin metal- lic films of Mn3NiN (in the Γ4g magnetic phase) and Mn3GaN (in the Γ5g magnetic phase). The main focus is on the magneto-optical response quadratic in the magnetic moment that depends solely on the orientation of the pump linear polarization, representing the sim- plest possible form of non-thermal optical control in magnetic materials. Pump-induced magneto-optical spectra corresponding to this excitation mechanism were measured, and oscillatory magneto-optical signals on a picosecond timescale, corresponding to octupole moment precession, were revealed. In addition, an experimental geometry enabling ob- servation of the magneto-optical response linear in the magnetic moment was identified. This made it possible to confirm experimentally the existence (non-existence) of this type of magneto-optical signal in Mn3NiN (Mn3GaN), in agreement with the symmetry of their magnetic phases. Finally, the spectral dependence of this linear magneto-optical signal was measured,...