Laboratoria statycznych i dynamicznych pomiarów magneto

Laboratoria statycznych i dynamicznych pomiarów magneto

Zakład Fizyki
Magnetyków
Wydział Fizyki
Uniwersytet w Białymstoku
Lipowa 41, 15-424 Białystok
E-mail: [email protected]
http://physics.uwb.edu.pl/zfm
Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223
Laboratoria statycznych i dynamicznych
pomiarów magneto-optycznych
Andrzej Maziewski
Wojciech Dobrogowski, Ryszard Gieniusz, Jan Kisielewski,
Marek Kisielewski, Zbigniew Kurant, Piotr Mazalski,
Andrzej Stupakiewicz, Józef Sveklo, Maria Tekielak
Zakład Fizyki
Magnetyków
Wydział Fizyki
Uniwersytet w Białymstoku
Lipowa 41, 15-424 Białystok
E-mail: [email protected]
http://physics.uwb.edu.pl/zfm
Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223
ZADANIA
17. Rozbudowa laboratorium femtosekundowych technik
magnetooptycznych.
17a. Mikroskop do kompleksowych badań magnetycznych.
18. Budowa układu nieelastycznego rozpraszania światła Brillouina.
19. Rozbudowa układów niskotemperaturowej milimagnetomerii
liniowej i nieliniowej.
20. Rozbudowa układów niskotemperaturowej mikromagnetometrii.
21. System do generacji pola magnetycznego o dowolnej orientacji.
17. Rozbudowa laboratorium femtosekundowych technik
magnetooptycznych
Techniques:
- magneto-optical spectroscopy
(MOKE, Faraday)
- second-harmonic generation
(MSHG)
- ultrafast magnetization dynamics
(pump-probe)
laser Spectra-Physics MaiTai SP:
pulses 20 fs, 800nm, 1-80 MHz
amplifier Spectra-Physics Spitfire Ace:
1 kHz, energy 5 mJ, pulses 35 fs
OPA Topas: 290-2500 nm
Ultrafast photomagnetic effect in YIG:Co
Co-substituted YIG
4.3 GHz
Pump polarization
ϕ=0
- [100]
ϕ=45o - [110]
H = 1.47 kOe
ϕ=90o - [010]
0
200
400
600
800
Delay time (ps)
Non-thermal effect !
Phys.Rev.B 81, 214440 (2010).
Spin precession modulation in Co/YIG:Co
FFT
f1=4.2 GHz
f1=7 GHz
f2=16 GHz
f1=8.5 GHz
f2=18.5 GHz
f2=22 GHz
fitting
f2
f1
Appl.Phys.Lett. 101, 262406 (2012).
17a). Mikroskop do kompleksowych badań magnetycznych
Mo 20/Pt 20/Co 3.3/Pt 5nm
Pt 5nm/Co 2.8nm/Pt 5nm
56mJ/cm2
2.8*1014 ions/cm2
Co microwires (150µ
µm)
P-MOKE
(Co 3nm/Au 3nm)6
High-and wide-field polarization Zeiss microscope
Rotatable elekcromagnet for in-plane H ~ 0.10 T
High-resolution and sensitive digital CCD camera
Video microscopy (contrast enhancement by real-time
difference imaging, movies of magnetization processes)
L-MOKE
Simultaneous measurement of local M(H)
Appl.Phys.Lett. 97, 012502 (2010).
18. Budowa układu nieelastycznego rozpraszania
światła Brillouina - wprowadzenie
Inelastic scattering
scattered photon
scattered photon
absorbed
emitted
magnon
(phonon)
magnon
(phonon)
incident photon
incident photon
ωSL -ω
ωL [GHz]
7
Brillouin light scattering spectrometer for spin
waves and/or acoustic phonons studies.
Multipass interferometr tandem Fabry-Perot:
• Frequency range up to 60 GHz
• Frequency resolution 1 MHz
• Contrast 1:1012
ωSL -ω
ωL [GHz]
IBLS(x,y)
8
BLS system with time and space resolution
Ogniskowanie wiązki laserowej:
(i) makro-BLS φ~40µ
µm
(ii) µ-BLS φ~0.25 µm (w odbiciu)
Rozdzielczość czasowa do 1ns
9
The results from µ-BLS: Linear and nonlinear spin waves
excitation in permalloy (Ni80Fe20) nano-dot.
Fundamendal mode
Power of microwave impuls P=100µ
µW
Second harmonic generation
P=50mW, excitation frequency f= 4.55 GHz
Detection frequency BLS
fBLS=2f=9.1 GHZ<f0
Third harmonic generation
P=50mW, excitation frequency f= 3.1 GHz
Detection frequency
BLS
fBLS=3f=9.3 GHZ
10
Appl.Phys.Lett.99, 012505 (2011)
BLS studies of patterned YIG film
x-y moved
4.5 µm YIG film on GGG substrate
laser spot
Microwave antena
BLS signal from the patterned area
antidots :
holes with
50 µm diameter
11
Fotografie układu BLS i przykładowe wyniki
APPLIED PHYSICS LETTERS 99, 012505 (2011)
19. Rozbudowa układów niskotemperaturowej
milimagnetomerii liniowej i nieliniowej.
Temperature range: 1.5-300 K
4 optical windows ∅ 10 mm
Working distance 130 mm
Magnetic field
±7 T
Cooling time of samples
~8 h
Exemplary PMOKE remanence image
mm
8.8 7.7 6.6 5.5 4.4 3.3 2.2 1.1
dCo, nm
10
10
Co
9
T=1.5 K
8
mm
7
5
4
6
5
3
4
2
3
2
1
1
1E16
5.7E15
1E15
5.5E14
1E14
Ga+ 30 kev
Dose, ions/cm2
5E13
1E13
Pt/Co/Pt
20. Rozbudowa układów niskotemperaturowej
mikromagnetometrii.
Temperature range: 10-350 K
4 optical windows ∅ 15 mm
Level vibration of samples < 5 nm
Translation range XZ: 140/100 mm
Z resolution, µm 0.5
X resolution, µm 0.08
21. System do generacji pola magnetycznego o dowolnej
orientacji
Magnetic poles generate magnetic field in the
whole 3D space,
Maximal value of the magnetic field ~ 0.53 T,
Hysteresis loops study PMOKE and LMOKE
configurations,
Laser beam spot size down to ~50 µm,
Distribution of the magnetic field in the
3D space, red arrows indicate
localizations of the magnetic poles