2014: Фемтосекундная лазерно-индуцированная анизотропия в решетке магнитных наночастиц

Учеными физического факультета МГУ (группа доц. Т.В. Мурзиной, кафедра квантовой электроники) в сотрудничестве с коллегами из университета Радбауд, Нидерланды (Prof. Alexey Kimel) исследована динамика эффекта наведенной оптической анизотропии в двумерной решетке наночастиц металла на диэлектрической подложке.

Исследование временных характеристик оптического отклика и намагниченности в магнитных наноструктурах представляет большой интерес, обусловленный как широтой практического применения таких структур, так и возможностью изучения в них разнообразных фундаментальных физических процессов. Тенденция к увеличению скорости считывания и записи информации в магнитных носителях информации требует изучения динамики отклика магнитных наноструктур со все большим временным разрешением. На фемто- и пикосекундных временах хорошо зарекомендовали себя методы оптического исследования типа накачка-зондирование. Метод заключается в использовании двух сверхкоротких лазерных импульсов, один из которых (накачка) изменяет состояние системы (выводит из равновесия) а второй через регулируемый интервал времени «считывает» поведение магнитной системы.

Группой ученых физического факультета МГУ и университета Радбауд (г. Наймеген, Нидерланды) исследована динамика оптического отклика, а именно вращение плоскости поляризации излучения, от структуры, состоящей из решетки кобальтовых наночастиц на кварцевой подложке. Период квадратной решетки частиц составлял около 1.4 мкм при их характерном латеральном размере 600 нм и высоте около 30 нм. Исследование методом накачка-зондирование проводилось с использованием мощной фемтосекундной лазерной системы. В результате исследования было выявлено несколько механизмов, определяющих поляризационное состояние системы на различных временных промежутках. Было показано, что на временах задержки менее 1 пс ключевую роль играет наведенное двулучепреломление,обусловленное керровской нелинейностью и сверхбыстрым лазерным размагничиванием металлических наночастиц. На временах порядка сотен пикосекунд оптический отклик определяется восстановлением намагниченности и акустическими возбуждениями в металлических частицах. На временах свыше 500 пс вращение плоскости поляризации определяется возбуждением акустических волн в кварцевой пластине, навязанных периодической структурой металлических наночастиц. Выявление данных процессов и определение их динамики (то есть протекания во времени) позволяет лучше понимать физику подобных наноструктур на сверхкоротких временах.

Результаты данной работы были опубликованы  в статье I. Razdolski, V.L. Krutyanskiy, T.V. Murzina, Th. Rasing, A.V. Kimel, Femtosecond laser-induced optical anisotropy in a 2D lattice of magnetic dots. Phys. Rev. B 89, 064306 (2014).