Диссертация (1104238), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Однако, изэксперимента хорошо известно, что в ферромагнитных металлах, такихкак кобальт, даже вдали от резонансов (в том числе и в видимой и ближней инфракрасной области спектра) значения данного сдвига фаз могутсущественно отличаться от π/2. Таким образом, для однозначного выделения магнитоиндуцированного вклада в генерацию ВГ в экваториальнойгеометрии, помимо знания значений интенсивности при противоположныхзначениях намагниченностей (или магнитного контраста интенсивностей~ )−I(−M~)MρM = I(~ )+I(−M~ ) ), необходимо знать относительную фазу между вкладами.I(MВ ряде случаев этого можно достичь, проведя измерение фазовой интерферометрии ВГ с внешним источником [148], однако в нашем случае болеецелесообразным представляется другой вариант.133В используемой схеме установки было возможно свободное изменение направления внешнего намагничивающего поля в плоскости образца,осуществлявшееся за счет пары постоянных магнитов, закрепленных навращающейся подвижке.
Образец располагался в зазоре между полюсамимагнитов. При фиксированном положении поляризатора и анализатора,зависимость вклада в измеряемую интенсивность ВГ при вращении магнитов может быть описана гармонически меняющимся с углом поворотамагнитным полем EM = aM sin α:2~ ) = EcrI(±M+ (aM sin α)2 ± 2aEcr M sin α cos ∆φ(4.10), a-коэффициент пропорциональности между намагниченностью среды иэлектрическим полем магнитоиндуцированного вклада в генерацию ВГ, являющийся линейной комбинацией соответствующих магнитоидуцированных нелинейных восприимчивостей, положение α=0,π соответствует магнитному полю, совпадающему с плоскостью поляризации зондирующеголуча и ВГ и отсутствию интенсивностного магнитного эффекта в генерации ВГ. На рисунке 4.11 представлена зависимость интенсивности ВГ отРис.
4.11. Зависимость интенсивности ВГ, отраженной оп структуры Bi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au отугла поворота внешнего магнитного поляугла поворота магнитов. В соответствии с выражением (4.10) для случая,когда имеется интерференция магнитного и немагнитного вкладов в сигнал ВГ, данная кривая обладает единственным минимумом, соответствующим случаю деструктивной интерференции, и единственным максимумом,134соответствующим конструктивной интерференции вкладов.
Аппроксимация экспериментальной кривой зависимостью (4.10) позволяет определитьзначение разности фаз между кристаллографическим и магнитоиндцированным вкладами, которое в нашем случае составила 48,8o . В дальнейшемсчиталось, что после возбуждения системы импульсом накачки относительная фаза между кристаллографическим и магнитоиндуцированным вкладом значительно не меняются, а меняются лишь значения относительныхвкладов.
Таким образом, измерив две кинетики при двух противоположных направлениях намагниченности (перпендикулярным плоскости падения и соответствующим максимуму и минимуму зависимости 4.11), легкополучить следующую систему нелинейных уравнений:22if t<0Ecr + (aM ) ± 2aEcr M cos ∆φ,±, (4.11)I2ω(t) = (Ecr − ∆Ecr (t))2 + a2 (M − ∆M (t))2 ±±2a(Ecr − ∆Ecr (t))(M − ∆M (t)) cos ∆φ, if t≥0где ∆Ecr (t) и ∆M (t) представляют собой кинетики кристаллографическойВГ и кинетику намагниченности, соответственно. При условии, что разность фаз между магнитной и немагнитной ВГ известна и несильно меняется в эксперименте, данную систему можно решить относительно неизвестной кинетики намагниченности.Для решения нелинейной системы уравнений нами использовалсячисленный метод Бройдена реализованный в пакете scipy.optimize.В качестве образца сравнения в наших экспериментах был использован образец Si/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au.
Причиной, побудившей использоватьобразец магнитной пленки на другой подложке, послужил тот факт, чтотонкая центросимметричная пленка Co/Au не давала достаточно высокогосигнала ВГ при допустимых интенсивностях накачки. Существенно болеенизкий по сравнению с теллуридом висмута коэффициент теплопроводности подложки образцов сравнения (стекло или SiO2 ) приводил к значительному понижению порога необратимого повреждения образца, что обуславливало использование более низкоапертурного объектива для фокусировки излучения. Экспериментально обнаружено, что наиболее оптимальныйрежим проведения измерений для данных образцов и длин волн, позволяющий добиться максимального значения параметра сигнал/шум, реализовывался при использовании 10X объектива и измерений при нормальном135Рис. 4.12.
Зависмость интенсивности ВГ, отраженной оп структуры Si/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au отугла поворота внешнего магнитного поляпадении. Для подобной экспериментальной схемы также была измерена зависимость от угла поворота магнитов, представленная на рисунке 4.12. Вотличие от ранее полученной зависимости для магнитной пленки на Bi2 Te3данная кривая имеет два максимума, демонстрирующих тот факт, что всявторая гармоника имеет магнитоиндуцированную природу, поскольку и кобальт, и золото являются изотропными центросимметричными пленками игенерация ВГ от их поверхностей при нормальном падении запрещена длялюбой комбинации поляризаций, как электрическом дипольном, так и вквадрупольном приближении. Благодаря этому, анализ кинетики намагниченности существенно упрощается, поскольку зависимость суммарнойинтенсивности ВГ от времени описывается выражением:I2ω (t) = a2 (M − ∆M (t))24.2.3.(4.12)Измерение динамики намагниченности в структурахBi2 Te3 /Al2 Ox /Co/AuРезультаты измерений динамики размагничивания в структурахBi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au представлены на рисунках 4.13(а)-(б) для двух противоположных направлений намагниченности структуры.
Можно видетьпроявления когерентных оптических фононов топологического изолятора136Рис. 4.13. Зависимости интенсивности ВГ, отраженной от структуры Bi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au отзадержки. (a) на временах задержки 0-5 пс (б) на временах задержки до 20 пс.(на временах 0-5 пс), обсуждавшихся ранее. Дополнительной особенностью,наблюдаемой в обеих кинетиках, является широкая апериодическая осцилляция, заметная на значении задержки порядка 5-6 пс, предположительносвязанная с акустическим фононом в пленке Co/Au. На сверхбыстрых временах (в области задержек 0-1 пс, рис. 4.13(a)) можно видеть некотороеразличие в темпах начального уменьшения сигнала для двух противоположных направлений намагниченности, что свидетельствует о противоположных знаках одного из вкладов, формирующих суммарный отклик ВГот поверхности структуры. С помощью метода, описанного в §4.2.2, быливыделены кристаллографический и магнитоиндуцированный вклады в генерацию ВГ от поверхности структуры Bi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au, представленные на рисунках 4.14(a) и (б).
Биэкспоненциальная аппроксимация магнитоиндуцированного вклада в кинетику ВГ позволил выделить два характерных времени размагничивания τ1 =0,70 ± 0,18 пс и τ2 =6 ± 4 пс. Необходимо отметить, что на всем диапазоне измерений на временах задержкив диапазоне до 20 пс величина нестационарного магнитоиндуцированноговклада в генерацию ВГ падает в 10 раз. Измерения в большем временномдиапазоне показали, что на значении задержки в 50 пс в пределах экспериментальной точности величина нестационарного магнитоиндуцированноговклада неотличима от нуля, что свидетельствует о том, что на этих временах намагниченность структуры полностью восстановилась.137Рис. 4.14.
Зависимости кристаллографического и магнитоиндуцированного вкладов в ВГ отструктуры Bi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au. (a) Кристаллографический вклад в ВГ (б) Магнитоиндуцированный вклад в ВГ.4.2.4.Измерение динамики намагниченности в образцах сравнения Si(001)/SiO2 /Al2 Ox /Co/AuРезультаты измерений динамики размагничивания образцов сравнения Si(001)/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au представлены на рисунке 4.15(a).Вследствие того, что в данной экспериментальной схеме наблюдается чет-Рис. 4.15. Измерения кривых намагничивания в Si/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au.(a) Зависимость интенсивности ВГ от задержки; (б) Зависимость магнитоиндуцированного вклада в электрическоеполе ВГ (EM ) от задержки.ный по направлению магнитного поля магнитоиндуцированный вклад, измерение пар кинетик с различным направлением магнитного поля неоправ-138дано.
Тем не менее, поскольку в данной схеме полностью отсутствуеткристаллографический вклад в генерацию ВГ, выделение нестационарного магнитоиндуцированного вклада, согласно выражению (4.12), не представляет особой сложности. Полученная зависимость вместе с биэкспоненциальной аппроксимацией представлены на рисунке 4.15(б). Полученноевремя быстрой релаксации составило τ1 =0,57 ± 0,09 пс, тогда как определить время более длительной релаксации из текущих данных не удалось попричине того, что оно существенно превышает диапазон измерений. Измерения, проведенные в большем диапазоне задержек (рис.
4.16), позволилиоценить это время как τ1 =64 ± 19 пс, подтвердив также предыдущую оценку для характерного времени быстрой релаксации (τ2 =0,65 ± 0,18 пс)Рис. 4.16. Измерения кривых намагничивания в Si/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au.(a) Зависимость интенсивности ВГ от задержки; (б) Зависимость магнитоиндуцированного вклада в электрическоеполе ВГ (EM ) от задержки.§ 4.3.Выводы по четвертой главеВ данном разделе была изучена динамика квадратичного нелинейнооптического отклика тонких пленок топологического изолятора Bi2 Te3 ,полученных механическим отщеплением от объемных кристаллов, выращенных методом Бриджмена, а также ферромагнитных структурBi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
