Shock action of super-short light pulse on magnetization precession in magnetoelastic system

Abstract

The task about interaction of super-short light pulse on magnetoelastic system which has precession motion of magnetization is investigated. As a main mechanism it is investigated the decreasing of magnetization with power light action on spin system. It is investigated the development of magnetization precession by the action of light pulse. It is found that during the pulse action the amplitude vibrations is decreased and its frequency is increased. It is investigated the precession development in different meanings of light power. It is established the multi-regime character of magnetization vibrations by small pulse duration which is the same order as signal excitation period. It is established three regimes: regime №1 - stabile vibrations, regime №2 - the destroy of stabilization, regime №3 - shock excitation. It is established that the main distinguishing of regime №3 from first two regimes is the sharp jump increasing of amplitude as magnetic so the elastic vibrations which take pulse as a result of pulse action. It is found that as a result of high power long duration pulse it is arising the regime of in-flatness magnetic component stabilization. It is found that the main role in formation of this regime plays the magnetoelastic interaction.

• precession of magnetization
• power light pulse
• magnetoelastic interaction

Аннотация (на русском)

Ударное воздействие сверхкороткого импульса света на прецессию намагниченности в магнитоупругой системе

Рассмотрена задача о воздействии сверхкороткого импульса света на магнитоупругую систему, намагниченность которой совершает вынужденное прецессионное движение. В качестве основного механизма рассматривается изменение намагниченности насыщения, вызванное действием света на спиновую систему. Рассмотрено развитие прецессии намагниченности при воздействии импульса света. Установлено, что в течение действия импульса света амплитуда колебаний намагниченности спадает, а частота увеличивается. Рассмотрено развитие прецессии намагниченности при различных значениях интенсивности света. Выявлен мультирежимный характер колебаний намагниченности при малой длительности импульса, сравнимой с периодом сигнала возбуждения. Отмечены три режима: режим №1 - стационарные колебания; режим №2 - нарушение стационарности, режим №3 - ударное возбуждение. Отмечено, что главным отличием режима №3 относительно первых двух является резкое скачкообразное увеличение амплитуды как магнитных, так и упругих колебаний, происходящее в результате воздействия импульса. Установлено, что в результате воздействия импульса большой длительности возникает режим стабилизации плоскостной компоненты намагниченности. Показано, что решающую роль в формировании этого режима играет магнитоупругое взаимодействие.

For citation

References

1. Kirilyuk A., Kimel A.V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. // Rev. Mod. Phys. 2010. V.82. №3. P.2731-2784.
2. Bigot J.V., Vomir M. Ultrafast magnetization dynamics of nanostructures. // Ann. Phys. (Berlin). 2013. V.525. №1-2. P.2-30.
3. Walowski J., Münzenberg M. Perspective: Ultrafast magnetism and THz spintronics. // Journ. Appl. Phys. 2016. V.120. №14. P.140901(16).
4. Every A.G. Measurement of the near-surface elastic properties of solids and thin supported films. // Meas. Sci. Technol. (Measurement Science and Technology). 2002. V.13. P.R21-R39.
5. Ka Shen, Bauer G.E.W. Laser-induced spatiotemporal dynamics of magnetic films. // Phys. Rev. Lett. 2015. V.115. №19. P.197201(5).
6. Jäger J.V., et al. Picosecond inverse magnetostriction in galfenol thin films. // Appl. Phys. Lett. 2013. V.103. №3. P.032409(5).
7. Jäger J.V., et al. Resonant driving of magnetization precession in a ferromagnetic layer by coherent monochromatic phonons. // Phys. Rev. B. 2015. V.92. №2. P.020404(5).
8. Dreher L., et al. Surface acoustic wave driven ferromagnetic resonance in nickel thin films: theory and experiment. // Phys. Rev. B. 2012. V.86. №13. P.134415(13).
9. Thevenard L., et al. Surface-acoustic-wave-driven ferromagnetic resonance in (Ga,Mn)(As,P) epilayers. // Phys. Rev. B. 2014. V.90. №9. P.094401(8).
10. Janusonis J., et al. Ultrafast magnetoelastic probing of surface acoustic transients. // Phys. Rev. B. 2016. V.94. №2. P.024415(7).
11. Janusonis J., et al. Transient grating spectroscopy in magnetic thin films: simultaneous detection of elastic and magnetic dynamics. // Scientific reports. 2016. 6:29143. P.1-10.
12. Chang C.L., et al. Parametric frequency mixing in a magnetoelastically driven linear ferromagnetic oscillator. // Phys. Rev. B. 2017. V.95. №6. P.060409(5).
13. Lomonosov A.M., et al. Magneto-elastic symmetry breaking with surface acoustic waves. // Proceedings of "The 7th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics" (META-16 Malaga-Spain). ISSN 2429-1390. P.1-2.
14. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Ориентационные характеристики возбуждения магнитоупругих волн фемтосекундным импульсом света. // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - №. 6.
15. Власов В.С., Макаров П.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Колебания намагниченности в магнитоупругой среде при ударном воздействии упругого смещения. // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.4.3
16. Beaurepaire E., Merle J.C., Daunois A., Bigot J.Y. Ultrafast spin dynamics in ferromagnetic nickel. // Phys. Rev. Lett. 1996. V.76. №22. P.4250-4253.
17. Koopmans B., et al. The paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization reconciled. // Nature Materials. Supplementary Information. 2009. P.1-4.
18. Koopmans B., et al. Explaining the paradoxical diversity of ultrafast laser-induced demagnetization. // Nature Materials. 2010. V.9. №3. P.259-265. Published online: Nature Materials. Articles. 2009. P.259-265.
19. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Электромагнитное излучение при ударном изменении намагниченности под действием фемтосекундного импульса света. // ПЖТФ. 2021. Т.47. №11. С.3-5.
20. Власов В.С., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Излучение электромагнитной волны из магнитной пленки при воздействии фемтосекундного импульса света. // Журнал радиоэлектроники. - 2020. - №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.6.14
21. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейная динамика установления намагниченности в ферритовой пластине с магнитоупругими свойствами в условиях ориентационного перехода. // РЭ. 2010. Т.55. №6. С.689-701.
22. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Нелинейное возбуждение гиперзвука в ферритовой пластине при ферромагнитном резонансе. // РЭ. 2009. Т.54. №7. С.863-874.
23. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. - М.: Наука. 1973.
24. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. - М.: Физматлит. 1994.