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기존의 강자성 재료와 비교하여 반강자성 재료의 매크로 자기 모멘트는 0이며 자기 측정을 통해 정적 자기 특성을 연구하기는 어렵다. 반강자성체의 강력한 교환 결합과 높은 공명 주파수 때문에 GHz 및 THz에서도 널리 사용될 수 있다. 스핀트로닉 장치의 빈도가 증가함에 따라, 반강자성 물질의 초고속 스핀 동역학이 스핀트로닉스 연구에서 뜨거운 주제가 되고 있다.펄스 레이저 유도형 초고속 스핀 속도론은 반강자성 물질 연구에 강력한 수단을 제공 할 수 있다. 초고속 펄스 레이저 펌프 측정 방법은 펨토초 시간 분해능을 갖고 있어서 자성 박막 초고속 스핀 동력학의 연구에서 널리 응용되고 있다.희토류 철산화물 orthoferrite 결정 (e = hoferrite) RFeO3 (R = Tb, Dy, Ho, Er, Dy, Yb 또는 Y 이온) 은 복잡한 기울어진 G 형 반강자성 구조와 강한 스핀-궤도-격자 (spin-orbit-lattice)간의coupling을 갖고 있어서 독특한 자기 광학 효과를 보여준다. 최근에는 초고속 광자기 여기 및 복수의 철과 비슷한 성질 등으로 인해 새로운 발전과 함께 희토류-철산화물의 초고속 자기 광학 효과에 대해 다시 한 번 관심을 불러일으키고 있다.중국 과학원 물리 연구소/북경 응집 상태물리 국가 연구센터자성학 국가중점실험실의 성소화(Cheng Zhaohua, 成昭华)연구 그룹은 최근 Fe / ErFeO3 (100) 및 Fe / DyFeO3 (100) 헤테로 구조의 초고속 자성 동력학을 연구했다. RFeO3 (100) 단결정 기판상의 Fe 박막을 쒸우게 되면 광학적으로 펌핑된 반강자성 페라이트의 효율을 현저히 향상시킬 수 있다는 것을 밝혔다.광펌프 검출 기술을 사용하여, 스핀 재배열 온도 영역 부근에서만 관찰 할 수 있었던 준강자성 (quasi-ferromagnetic, Q-FM) 모드뿐 만 아니라, 보고되지 않은 포논 (Phonon) 모드도 관찰되었다. 분석 결과, 광학적으로 펌핑 된 RFeO3의 반강자성 초고속 스핀 동역학의 향상 효과는 광 - 헤테로 접합 인터페이스 교환 결합의 변화에 따른 것으로 나타났다. 이 연구는 초고속 펄스 레이저가 어떻게 반강자성 물질의 스핀 동역학에 대한 조건이 되는지에 대하여 연구하는데 기초를 제공한다고 할 수 있다. 관련 연구는 최근의 Advanced Materials (Adv. Mater. 1706439 (2018))에 발표되었다.또한 초고속 탈자(退磁) 시간과 내부 댐퍼 인자 이론 계산이 실험 결과와 일치하지 않는다는 문제점을 설명하기 위해, 연구팀은 시간 분해 광자기 Kerr 효과를 채용하여 초고속 탈자 시간과 감쇠 계수를 동시에 얻는다. Co/Ni 이중 층 막의 Ni 층의 두께를 조절함으로써,초고속 감자 시간과 내부 댐퍼 감쇠 계수 사이의 정비례 관계를 세웠으며 기존에 이론 예측한 반비례 관계와 완전이 달랐다. 흡수형 페르미 표면 이론 모델을 사용하여 비례 관계의 메커니즘을 설명하고, Co / Ni 계면의 스핀 - 궤도 결합과 스핀 혼합 매개 변수의 향상이 서로 밀접한 관계가 있음을 확인시켜 주었다. 관련 연구는 2017 년 말 Physical Review B Rapid Communication (Phys. Rev. B 96, 220415 (R) (2017))에 발표되었다.이러한 연구들은 과기부 “973”프로젝트, 국가가연과학기금 및 국가중대 연구장비 제조 프로젝트의 지원아래 이루어졌다. |
