Untersuchung der Modenkopplung in magnetischen Ringen anhand ...

Kapitel 3
Experimentelle Grundlagen
3.1 Brillouin-Lichtstreuspektroskopie
Neben Ferromagnetischer Resonanz (FMR), Neutronenstreuung und zeitaufgelösten, auf dem
Kerr- oder Faradayeffekt basierenden Verfahren wird zur Untersuchung spindynamischer Pro-
zesse in magnetischen Festkörpern auch die Brillouin-Lichtstreuspektroskopie (BLS) heran-
gezogen [12, 13, 29, 34]. Mit ihr können dipolare Spinwellen im Zentrum der Brillouin-Zone
gemessen werden (k bis zu 10 5 cm −1 ).
Die Brillouin-Lichtstreuspektroskopie basiert auf der inelastischen Streuung optischer Photo-
nen an den elementaren Quanten der Spinwellenanregung im Festkörper, den Magnonen. Bei
völliger Translations- und Zeitinvarianz gelten hier, genauso wie bei Phononen, Impulserhal-
tung und Energieerhaltung. Mit dem Wellenvektor k und der Frequenz Ω des Magnons ist
¯hωg = ¯hωe ± ¯hΩ Energieerhaltung (3.1)
¯hkg = ¯hke ± ¯hk Impulserhaltung (3.2)
wobei kg und ke die Wellenvektoren für gestreutes und einfallendes Photon sowie ωg und ωe
die entsprechenden Frequenzen darstellen. Wie aus den Gleichungen 3.1 und 3.2 ersicht-
lich, kann ein Photon durch den Streuvorgang eine positive als auch eine negative Frequenz-
verschiebung erhalten. Dies entspricht der Erzeugung eines Magnons unter Energieverlust
des streuenden Lichtphotons (Minuszeichen) und wird allgemein Stokes-Prozess genannt.
Die Vernichtung eines Magnons mit Energieübertrag auf das Photon (Pluszeichen) ist ein
Antistokes-Prozess.
Der Wechselwirkungsprozess zwischen Photon und Magnon wird leichter ersichtlich, wenn
21