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Magnetismus Vortrag: Mi., 18:00–18:20 M-V14
Ultraschnelle Magnetisierungsdynamik untersucht mit Femtosekunden-Röntgenpulsen
Christian Stamm 1 , Niko Pontius 1 , Torsten Kachel 1 , Hermann Dürr 1 , Wolfgang
Eberhardt 1
1 BESSY GmbH, Albert-Einstein-Str. 15, 12489 Berlin
Die Entmagnetisierung eines dünnen ferromagnetischen Films auf der fs-Zeitskala ist
ein momentan noch nicht ausreichend verstandenes, grundlegendes Problem. Bisherige
Experimente verwendeten fs-Pulse eines Lasers als Anregung wie auch als Sonde zur
Messung der Magnetisierung. Diese ergaben eine Zeitkonstante von weniger als 1 ps für
die Entmagnetisierung [1]. Fragen nach dem Transfer von Drehmoment aus dem magnetischen
System an das Gitter blieben jedoch offen: Die Spin-Gitter Relaxationszeit
von 50-100 ps [2] ist zu lange, um eine Änderung der Magnetisierung auf der sub-ps
Zeitskala zu erklären.
Wir verwenden Synchrotronstrahlung für einen neuen, alternativen Ansatz zur Untersuchung
der Magnetisierungsdynamik. Die Röntgen-Absorptionsspektroskopie erlaubt
uns, element-spezifische Messungen an dünnen Filmen durchzuführen. Messungen des
Zirkular-Dichroismus geben Aufschluss über die magnetischen Momente der Probe.
Über die Summenregeln ist es sogar möglich, die beiden Beiträge zur Magnetisierung
in Festkörpern — das Orbital- und das Spinmoment der Elektronen — getrennt zu
bestimmen. Dies ermöglicht einen Einblick in den Transfer von Drehmoment zwischen
den einzelnen Freiheitsgraden während der fs Entmagnetisierung.
Unser Experiment verwendet einen sogenannten ” laser pump – x-ray probe“ Aufbau.
Der magnetische Film wird mit einem fs-Laserpuls angeregt, und danach durch
einen Röntgenpuls mit variabler Zeitverzögerung gemessen. Die Zeitauflösung ist durch
die zeitliche Struktur der verwendeten Synchrotronstrahlung gegeben. Die Dauer eines
einzelnen Röntgenpulses liegt normalerweise bei etwa 50 ps, in speziellen Betriebsschichten
(low-alpha [3]) kann sie bis auf wenige ps verkürzt werden. Noch kürzere
Röntgenpulse von maximal 150 fs Dauer werden durch die Methode des Femtoslicings
bei BESSY erzeugt [4]. Diese Zeitstruktur zusammen mit den Eigenschaften der
Synchrotronstrahlung (einstellbare Photonenenergie und variable Polarisation) sind ein
ideales Werkzeug für unsere Problemstellung. Dadurch konnten wir zum ersten Mal die
Entmagnetisierung eines 30 nm dicken Ni-Films innerhalb von 300 fs mittels Röntgen-
Zirkulardichroismus nachweisen.
[1] E. Beaurepaire et al., Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 4250. [2] A. Vaterlaus et al.,
Phys. Rev. Lett. 67 (1991) 3314. [3] J. Feikes et al., Proceedings of EPAC Lucerne
(2004) 1954. [4] K. Holldack et al., Phys. Rev. ST Accel. Beams 8 (2005) 040704.