Эволюция полной намагниченности Ni–Fe гетероструктуры после воздействия фемтосекундного лазерного импульса

Abstract

Исследуется эволюция полной намагниченности Ni–Fe гетероструктуры при релаксации неравновесных неоднородных распределений намагниченности к равновесному состоянию. Такие распределения возникают после воздействия фемтосекундного лазерного импульса в рамках супердиффузионного механизма сверх- быстрого размагничивания. Учитывается как релятивистский (локальный), так и обменный (нелокальный) механизм релаксации. Этот вопрос тем более интересен, что обменная релаксация сохраняет полную намагниченность образца. Для достаточно плавных распределений (характерные размеры порядка нескольких десятков нанометров) эволюция полной намагниченности определяется различными скоростями релятивистской релаксации в Ni и Fe. Однако для существенно неоднородных распределений намагниченности (с масштабом в несколько нанометров, что реализуется в эксперименте) нелокальная релаксация проявляется в том, что спиновый ток успевает перенести намагниченность из слоя Fe в Ni. При этом разная скорость релятивистских релаксаций в Ni и Fe проявляется в меньшей мере. Показано, что для экспериментально реализуемых параметров магнитного распределения в магнитных гетероструктурах вариация полной намагниченности уменьшается более чем в два раза за счет спинового тока.

Исследуется эволюция полной намагниченности Ni–Fe гетероструктуры при релаксации неравновесных неоднородных распределений намагниченности к равновесному состоянию. Такие распределения возникают после воздействия фемтосекундного лазерного импульса в рамках супердиффузионного механизма сверх- быстрого размагничивания. Учитывается как релятивистский (локальный), так и обменный (нелокальный) механизм релаксации. Этот вопрос тем более интересен, что обменная релаксация сохраняет полную намагниченность образца. Для достаточно плавных распределений (характерные размеры порядка нескольких десятков нанометров) эволюция полной намагниченности определяется различными скоростями релятивистской релаксации в Ni и Fe. Однако для существенно неоднородных распределений намагниченности (с масштабом в несколько нанометров, что реализуется в эксперименте) нелокальная релаксация проявляется в том, что спиновый ток успевает перенести намагниченность из слоя Fe в Ni. При этом разная скорость релятивистских релаксаций в Ni и Fe проявляется в меньшей мере. Показано, что для экспериментально реализуемых параметров магнитного распределения в магнитных гетероструктурах вариация полной намагниченности уменьшается более чем в два раза за счет спинового тока.

The evolution of the total magnetization of the Ni–Fe heterostructure caused by the relaxation of nonequilibrium, nonuniform magnetic distributions to the equilibrium state is analyzed. Such distributions appear after an action of the femtosecond laser pulse in the framework of the superdiffusive mechanism of the ultrafast demagnetization. Both the relativistic (local) and exchange (nonlocal) mechanism of relaxations are accounted for. This question is, a fortiori, interesting as the nonlocal relaxation keeps the total magnetization of a sample. For a sufficiently smooth distributions (characteristic sizes of the order of tens nanometers) the evolution of the total magnetization is determined by a difference in relativistic relaxations in Ni and Fe. However for a sufficiently sharp magnetic distributions (characteristic sizes of the order of a few nanometers, what is realized in experiments) the nonlocal relaxation manifests itself through the spin current, which carries part of the magnetization from the Fe to Ni layers. Thus different rates of the relativistic relaxations in Ni and Fe influence the total magnetization to a lesser degree. It is demonstrated that for experimentally realized parameters of the magnetic distributions in magnetic heterostructures a variation of the total magnetization is reduces by more than two times due to the spin current.