All-optical pump-probe experiments have been used to explore magnetization dynam-ics on the sub-nanosecond time scale. This technique is advantageous over the conventional FMR because the spin in motion could be observed directly in the time domain to enable a lucid vectorial analysis. Utilizing the ultrafast femtosecond laser, we have investigated the spin dynamics of perpendicularly-magnetized materials and the energy dissipation process-es extensively.
The damping mechanism will be categorized according to the location where the open channels of relaxation appear. The dissertation adjusts the focus on the non-local type of spin emission the magnetic heterostructures commonly undergo. We would like to propose a feasible manipulation of magnetic damping by the proper choice of neighbors.
The extrinsic damping of ferromagnetic CoFeB films sandwiched by two asymmetric adjacent layers was explored. The nearby layers have entirely-contrasting contributions to the effective Gilbert damping in terms of the non-local process, however the exchange of their relative positions to the ferromagnet does not show any difference in our system. This suggests that the influences from the top and bottom layers are indistinguishable.
Effect of the heat treatment and capping layers in CoPd multilayer system will be dis-cussed. After-annealing turns out to strengthen the magnetic property considerably. En-hanced Gilbert damping by Ta cap layer (~50%) explains that the “pumping” of spins onto the adjacent normal metal layers could diminish the magnetization motion.
CoPt multilayer with Cu spacer inserted has been investigated. We observed the in-crease of damping up to 100%, which is attributable to various probable reasons. Consider-ing that the spin favorable Cu spacer would preserve the spin motion for a long time, spin diffusion current should not add the contribution to the non-local damping. We believe that the possible mixing of Cu and Pt could expand the Pt length scale “effectively” resulting in the heavy enhancement of damping.
나노초 이하의 영역에서 스핀 동역학을 연구하기 위해 광학적 펌프&프루브 실험을 진행하였다. 기존의 자기공명을 이용한 실험이 주파수 스펙트럼을 간접적으로 분석함으로써 접근하는 것과는 다르게, 시간 분해가 가능한 직접적인 동역학을 이해할 수 있으므로 큰 의미가 있다. 우수한 펨토초 초고속 레이저를 이용하여 수직자성물질의 스핀 동역학 그리고 자성의 감쇠과정을 광범위하게 연구하였다.
수직자기터널접합에 널리 쓰이는 CoFeB/MgO 구조에서 초고속 동역학을 관측하였다. 비대칭 구조를 가진 두 시료들은 세차 운동 주파수, 완화시간, 감쇠상수에서 차이가 없음을 확인였다. 이는 CoFeB의 위, 아래층 계면이 동역학 상수에 영향을 미치지 못하거나, 구분이 가지 않음을 의미한다. 실질 길버트 감쇠상수는 0.02의 적은 값을 가짐이 드러났다.
CoPd 다층박막 구조에서 후열처리 효과와 보호막이 감쇠상수에 미치지 영향을 조사하였다. 후열처리는 수직자성과 보자력을 상당히 증가시키는 것으로 나타났다. 실질 길버트 감쇠상수는 Ta 보호막이 있는 경우 약 50%정도 커짐을 밝혀냈다. 이는 이웃 금속층으로 스핀 모멘텀이 빠져나가는 효과로 이해할 수 있다. 나머지 대조군 시료에서는 수직자성과 관계없는 일정한 감쇠상수를 발견하였다.
CoPt 다층박막 구조에서 Cu 층을 삽입하였을 경우 감쇠상수가 받는 영향을 조사하였다. 우리는 100% 증가하는 감쇠상수를 얻었는데, 이는 여러가지로 해석할 수 있다. Cu 층의 두께가 2 nm를 넘지 않으므로 스핀 전류가 비국소 감쇠에 크게 영향을 주기는 힘들다. Cu와 Pt간의 섞임이 실질적인 Pt의 두께를 증가시키고, 무거운 원소인 Pt이 스핀전류의 형태로 감쇠상수를 증가시킬 것으로 예상된다.
