Dynamique ultrarapide de l'aimantation

Nous étudions l'évolution de l'aimantation de couches minces, sur les échelles temporelles femtosecondes et picosecondes, suite à leur excitation par une impulsion laser femtoseconde. Ce travail vise principalement à comprendre les mécanismes fondamentaux par lesquels l'aimantation peut être modifiée sur ces échelles de temps très courtes avec en perspective la mise au point de dispositifs électromagnétiques plus performants (mémoires informatiques ultra-rapide par exemple).

La spécificité de notre approche est d'utiliser les harmoniques élevées, donc de courtes longueurs d'onde (dans l'ultraviolet lointain, typiquement autour de 20 nm), d'un laser femtoseconde infrarouge pulsé (800 nm), générées par focalisation dans un gaz rare, pour mesurer l’aimantation à l'échelle femtoseconde. Concrètement, chaque impulsion infrarouge est séparée en deux partie (Fig. 1) : la première partie, la pompe, est utilisée pour exciter l'échantillon ; la seconde, la sonde, est utilisée pour générer les harmoniques qui nous renseigne sur l'état d'aimantation. En faisant varier, le délai entre la pompe et la sonde on peut reconstruire l'évolution temporelle de d'aimantation.

 

Figure 1 : Schéma du dispositif expérimental pompe infrarouge/sonde harmoniques

 

Par rapport à une expérience pompe/sonde infrarouge/infrarouge classique, l’utilisation d'harmoniques nous permet d’accéder à des résolutions nanométriques (courtes longueurs d'ondes) et de sonder spécifiquement les différents éléments présents dans le système étudié (spectroscopie d'absorption). Nous avons d'ailleurs mesuré pour la première fois la désaimantation ultra-rapide de domaines magnétiques nanométriques en utilisant une résonance d'absorption du cobalt à 20 nm grâce à notre dispositif expérimental (Fig. 2).

 


 Figure 2 : (a) Domaines magnétiques dans un échantillon multi-couches cobalt/palladium. (b) Courbes de désaimantation des domaines magnétiques.

 

ENSTA CNRS Ecole Polytechnique