Magnetization and elastic dynamics in nanostructured metamaterials

Abstract

In dieser Arbeit wurde magnetische und elastische Dynamik in nanostrukturierten künstlichen Materialien mit Hilfe eines optischen, zeitaufgelösten Pumpprobe Messaufbaus untersucht. Die Absorption der ultraschnellen Laserpulse erzeugt einen Wärmegradienten auf einer Zeitskala von Pikosekunden. Dieser induziert kohärente dynamische Prozesse, welche mit einem zweiten, zeitverzögerten Puls beobachtet werden. In einem zweidimensionalen magnonischen Kristall, bestehend aus einem submikrometer großen Antidotgitter auf einer ferromagnetischen CoFeB Schicht, können Spinwellenmoden beobachtet werden, die eine schwache Frequenzabhängigkeit vom externen magnetischen Feld aufweisen. Dies lässt vermuten, dass Spinwellen in der Nähe von Inhomogenitäten des internen Feldes lokalisieren. Elastische Dynamik auf denselben Strukturen zeigt Frequenzen proportional zu charakteristischen Strukturgrößen (Antidotabstand und Antidotgröße), was auf die Anregung von Spannungswellen auf der Oberfläche hindeutet. Auf CoFeB/MgO Schichtstapeln mit ähnlicher akustischer Impedanz, können sowohl Oberflächenwellen als auch Wellen im Volumen in guter Übereinstimmungmit der Theorie beobachtet werden. Anregung der elastischen Dynamik in Reflektions- und Transmissionsgeometrie zeigen, dass durch das Brechen der Periodizität des Schichtstapels die Amplitude der hochfrequenten Oberflächenwelle effektiv unterdrückt wird. Außerdem sind im W/PC Schichtstapeln mit hohem akustischem Versatz innere Wellen unterdrückt.