Photo-magnonics in two-dimensional antidot lattices
von Benjamin Lenk
Datum der mündl. Prüfung:2012-12-12
Erschienen:2013-01-11
Betreuer:Prof. Dr. Markus Münzenberg
Gutachter:Prof. Dr. Markus Münzenberg
Gutachter:Prof. Dr. Christian Jooß
Gutachter:Prof. Dr. Arno Ehresmann
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Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
The essential subject of the present (cumulative) thesis is the all-optical generation and detection as well as the systematic manipulation of magnetic excitations, so-called spin waves or magnons. In particular, the mechanisms and processes are discussed which lead to the observation of well-defined spin-wave modes in thin magnetic films after the absorption of an intense, ultrashort laser pulse. Patterning the magnetic films with a long-rage-ordered, periodic structure (with holes, i.e. antidots) is equivalent to the creation of magnetic metamaterials (i.e. magnonic crystals). Depending on the matrix material (nickel or cobalt-iron-boron) and the structural properties of the antidot lattice (periodicity, structural unit), the generation or suppression of magnetic modes is possible. In nickel, the relatively strong intrinsic magnetic damping leads to the generation of localized spin waves, whereas in cobalt-iron-boron, due to the low damping, extended Bloch waves are observed. In addition, the wavelength thereof is tunable by the metamaterial's periodicity, which is understood by means of numerically calculating the (magnonic) band structures. Finally, on the basis of these findings, possible applications of magnonic crystals are discussed
Keywords: magnonics; magnonic crystal; metamaterial; antidot lattice; TRMOKE; fs-laser; pump-probe; population; excitation; band structure; spin wave; magnon; Bloch wave; localized modes; nickel; CoFeB
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Wesentlicher Gegenstand der vorliegenden (kumulativen) Dissertation ist die ausschließlich optische Erzeugung und Detektion sowie gezielte Manipulation magnetischer Anregungen, sogenannter Spinwellen oder Magnonen. Insbesondere werden die Mechanismen und Prozesse diskutiert, die zur Beobachtung wohldefinierter Spinwellenmoden in dünnen magnetischen Filmen führen, nachdem ein intensiver, ultrakurzer Laserpuls absorbiert wurde. Eine langreichweitig geordnete, periodische Strukturierung der magnetischen Filme (in diesem Fall mit Löchern) ist sodann gleichbedeutend mit der Schaffung magnetischer Metamaterialien (d.h. magnonischer Kristalle). Abhängig von Wirtsmaterial (Nickel oder Kobalt-Eisen-Bor) und strukturellen Eigenschaften der Lochgitter (Periodizität, strukturelle Einheit) ist die Erzeugung oder Unterdrückung bestimmter magnetischer Moden möglich. So führt die vergleichsweise große intrinsische magnetische Dämpfung in Nickel zur Ausbildung lokalisierter Spinwellen, während wegen der geringen Dämpfung in Kobalt-Eisen-Bor ausgedehnte Blochwellen beobachtet werden. Deren Wellenlänge ist zudem einstellbar mittels der Periodizität des Metamaterials und wird anhand numerischer Berechnungen der (magnonischen) Bandstrukturen nachvollzogen. Zuletzt werden auf Basis dieser Ergebnisse mögliche Anwendungen magnonischer Kristalle diskutiert. Hierbei liegt ein Schwerpunkt auf anisotropen Lochgittern und deren Perspektive als Spinwellenfilter.
Schlagwörter: Magnonik; magnonische Kristalle; Metamaterial; Lochgitter; TRMOKE; fs-Laser; Pump-Abfrage; Population; Anregung; Bandstruktur; Spinwellen; Magnonen; Blochwellen; lokalisierte Moden; Nickel; CoFeB