Investigation of ultrafast demagnetization and Gilbert damping and their correlation in different ferromagnetic thin films grown under identical conditions

消磁场 凝聚态物理 材料科学 磁化动力学 坡莫合金 克尔效应 通量 磁化 飞秒 铁磁性 超短脉冲 散射 功勋 纳秒 现象学模型 激光器 物理 光学 磁场 光电子学 非线性系统 量子力学
作者
Suchetana Mukhopadhyay,Sudip Majumder,Surya Naryan Panda,Anjan Barman
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:34 (23): 235702-235702 被引量:3
标识
DOI:10.1088/1361-6528/acc079
摘要

Abstract Following the demonstration of laser-induced ultrafast demagnetization in ferromagnetic nickel, several theoretical and phenomenological propositions have sought to uncover its underlying physics. In this work we revisit the three temperature model (3TM) and the microscopic three temperature model (M3TM) to perform a comparative analysis of ultrafast demagnetization in 20 nm thick cobalt, nickel and permalloy thin films measured using an all-optical pump-probe technique. In addition to the ultrafast dynamics at the femtosecond timescales, the nanosecond magnetization precession and damping are recorded at various pump excitation fluences revealing a fluence-dependent enhancement in both the demagnetization times and the damping factors. We confirm that the Curie temperature to magnetic moment ratio of a given system acts as a figure of merit for the demagnetization time, while the demagnetization times and damping factors show an apparent sensitivity to the density of states at the Fermi level for a given system. Further, from numerical simulations of the ultrafast demagnetization based on both the 3TM and the M3TM, we extract the reservoir coupling parameters that best reproduce the experimental data and estimate the value of the spin flip scattering probability for each system. We discuss how the fluence-dependence of inter-reservoir coupling parameters so extracted may reflect a role played by nonthermal electrons in the magnetization dynamics at low laser fluences.

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