Onderzoekers hebben de afgelopen jaren ultrasnelle niet-evenwichtsmagnetisatie in gecorreleerde spinsystemen bestudeerd. Op zowel fundamenteel als toepassingsniveau, ultrasnelle laserpulsexcitatie en dynamische meting bieden een effectieve weg naar snelle optische detectie, evenals controle van magnetische orde. Er zijn onderzoeken uitgevoerd met magnetische media die het in de tijd opgeloste magneto-optische Kerr-effect (TR-MOKE) meten, ultrasnel magnetisch relaxatieverschijnsel zoals ultrasnelle demagnetisatie en uniforme precessie. De optisch geëxciteerde magnetisatieprecessie in magnetische media vertoont de tijdelijke respons van magnetisatie wanneer het effectieve magnetische veld onmiddellijk wordt veranderd door ultrasnelle laserpulsexcitatie en geeft microscopisch informatie over de spindynamiek.

Onlangs, onderzoek heeft zich gericht op de BiFeO3 (BFO) en Sr-gedoteerde LaMnO3-heterostructuur voor een reeks nieuwe fysieke eigenschappen die afkomstig zijn van de antiferromagnetische (AFM) en ferromagnetische (FM) uitwisselingsinteractie over de hetero-interface. In een recent gepubliceerd artikel in WETENSCHAP CHINA Natuurkunde, Mechanica en astronomie , onderzoekers van het Instituut voor Natuurkunde, Chinese Wetenschapsacademie, rapporteerden hun onderzoek naar de ultrasnelle laser-geëxciteerde magnetisatiedynamiek van ferromagnetische (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) dunne films met epitaxiaal gegroeide BiFeO3 (BFO) coatinglagen.

Deze onderzoekers fabriceerden de BFO/LSMO-heterostructuur met behulp van het laser-moleculaire bundelepitaxiesysteem. Zoals ontworpen, 10 nm dikke LSMO-dunne films werden afgezet op (001) SrTiO3 (STO) monokristallijne substraten, en drie of 20 nm dikke BFO-films werden op de LSMO-films gecoat. Röntgendiffractie werd uitgevoerd voor structurele karakterisering. Met het ultrasnelle tijdopgeloste magneto-optische Kerr-effect (TR-MOKE) meetsysteem dat ze hebben gebouwd, de onderzoekers maten de temporele respons van de monsters die ze bereidden binnen de tijdschaal van ~500 ps met behulp van een pomp-sondetechniek.

Er werden twee verschillende soorten oscillaties gelanceerd nadat de pomppuls het monster had geëxciteerd. De hoogfrequente oscillatie bij ~103 GHz was onafhankelijk van het externe magnetische veld, die werd toegeschreven aan de coherente akoestische fononen die in de STO-substraten werden gegenereerd door de bestraling met pomppulsen. De andere oscillatiemodus vond plaats op een lagere frequentie (10-30 GHz), die een positieve afhankelijkheid van het externe magnetische veld vertonen. Deze relatie bevestigde dat het oscillatiegedrag de optisch getriggerde magnetisatieprecessie was, die is waargenomen in magnetische media in eerdere ultrasnelle TR-MOKE-metingen.

Intrigerend, door het optisch geëxciteerde precessiegedrag van de monsters onder dezelfde externe magnetische velden te vergelijken, de oscillatieperiode van de precessie leek te worden verlengd voor de BFO-gecoate LSMO-films, en het monster bekleed met 20 nm dikke BFO vertoonde een langere oscillatieperiode dan dat bekleed met 3 nm dikke BFO. Fouriertransformaties tonen duidelijke verschuivingen van de precessiefrequentiepiekpositie telkens voor hetzelfde externe magnetische veld, waarmee de frequentiemodulatie van de magnetisatieprecessie wordt bevestigd.

De onderzoekers analyseerden het effectieve magnetische veld in de LSMO-film en schreven de vermindering van de precessiefrequentie toe aan de onderdrukking van de anisotropie door BFO-coatinglagen. Bovendien, ze veronderstellen dat dergelijk gedrag werd veroorzaakt door de uitwisselingsinteractie over de BFO/LSMO-interface.

"Het onderzoeken van de optisch geëxciteerde magnetisatieprecessie in magnetische oxiden kan licht werpen op mogelijke toepassing in spintronica-apparaten, " schreven de onderzoekers. "Onze bevindingen kunnen een effectieve benadering bieden voor het beheersen van het spingedrag in magnetische oxidefilms door middel van structureel ontwerp."