Ces dernières années, les chercheurs ont étudié l'aimantation ultrarapide hors d'équilibre dans des systèmes de spins corrélés. Au niveau fondamental et applicatif, l'excitation d'impulsion laser ultrarapide et la mesure de la dynamique fournissent un chemin efficace vers une détection optique rapide, ainsi que le contrôle de l'ordre magnétique. Des études ont été menées avec des supports magnétiques mesurant l'effet Kerr magnéto-optique résolu en temps (TR-MOKE), phénomène de relaxation magnétique ultrarapide tel qu'une démagnétisation ultrarapide et une précession uniforme. La précession d'aimantation excitée optiquement dans les supports magnétiques présente la réponse temporelle de l'aimantation lorsque le champ magnétique effectif est instantanément modifié par une excitation d'impulsion laser ultrarapide et fournit des informations sur la dynamique de spin au microscope.

Récemment, la recherche s'est concentrée sur l'hétérostructure BiFeO3 (BFO) et LaMnO3 dopée au Sr pour une série de nouvelles propriétés physiques qui proviennent de l'interaction d'échange antiferromagnétique (AFM) et ferromagnétique (FM) à travers l'hétérointerface. Dans un article récemment publié dans SCIENCE CHINE Physique, Mécanique &Astronomie , chercheurs de l'Institut de physique, Académie chinoise des sciences, ont rapporté leur enquête sur la dynamique de magnétisation ultrarapide excitée par laser de films minces ferromagnétiques (FM) La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) avec des couches de revêtement BiFeO3 (BFO) à croissance épitaxiale.

Ces chercheurs ont fabriqué l'hétérostructure BFO/LSMO en utilisant le système d'épitaxie par faisceau moléculaire laser. Comme conçu, Des couches minces de LSMO de 10 nm d'épaisseur ont été déposées sur des substrats monocristallins (001) SrTiO3 (STO), et des films BFO de trois ou 20 nm d'épaisseur ont été appliqués sur les films LSMO. La diffraction des rayons X a été réalisée pour la caractérisation structurelle. Avec le système de mesure ultrarapide de l'effet Kerr magnéto-optique à résolution temporelle (TR-MOKE) qu'ils ont construit, les chercheurs ont mesuré la réponse temporelle des échantillons qu'ils ont préparés sur une échelle de temps d'environ 500 ps à l'aide d'une technique de pompe-sonde.

Deux types distincts d'oscillations ont été lancés après que l'impulsion de pompe ait excité l'échantillon. L'oscillation haute fréquence à ~103 GHz était indépendante du champ magnétique externe, qui a été attribué aux phonons acoustiques cohérents générés dans les substrats STO par l'irradiation par impulsions de pompage. L'autre mode d'oscillation s'est produit à une fréquence inférieure (10-30 GHz), présentant une dépendance positive vis-à-vis du champ magnétique externe. Cette relation a confirmé que le comportement d'oscillation était la précession d'aimantation déclenchée optiquement, qui a été observé dans des supports magnétiques lors de précédentes mesures TR-MOKE ultrarapides.

Curieusement, en comparant le comportement de précession excité optiquement des échantillons sous les mêmes champs magnétiques externes, la période d'oscillation de la précession semble être étendue pour les films LSMO revêtus de BFO, et l'échantillon revêtu de BFO de 20 nm d'épaisseur présentait une période d'oscillation plus longue que celui revêtu de BFO de 3 nm d'épaisseur. Les transformées de Fourier montrent des décalages distincts de la position du pic de fréquence de précession dans chaque cas pour le même champ magnétique externe, confirmant ainsi la modulation de fréquence de la précession d'aimantation.

Les chercheurs ont analysé le champ magnétique effectif dans le film LSMO et attribué la réduction de la fréquence de précession à la suppression de l'anisotropie par les couches de revêtement BFO. De plus, ils supposent qu'un tel comportement a été induit par l'interaction d'échange à travers l'interface BFO/LSMO.

"L'étude de la précession de l'aimantation excitée optiquement dans les oxydes magnétiques peut faire la lumière sur une application potentielle dans les dispositifs de spintronique, " ont écrit les chercheurs. "Nos résultats peuvent fournir une approche efficace pour contrôler le comportement du spin dans les films d'oxyde magnétique grâce à la conception structurelle."