磁光克爾顯微鏡使人們(men) 能夠測量鐵磁納米結構的超快磁化動力學，磁光信號可以記錄在一個(ge) 共聚焦反射幾何與(yu) 精確選擇的偏振。共線泵浦和探針光束測量了泵浦-探針的磁化動力學，探針和泵浦光束都可聚焦到其衍射極限。
飛秒磁光克爾顯微鏡
磁介質中記錄和讀取過程的改進需要從(cong) 兩(liang) 個(ge) 重要方麵進行探索。一方麵，希望獲得高達1萬(wan) 億(yi) 比特/英寸的大記錄密度。另一方麵，每個(ge) 單獨存儲(chu) 元件的響應和訪問時間應在10 GHz範圍內(nei) 執行。這樣的空間和時間特征需要有效的診斷來測量具有高空間分辨率的磁化動力學。在時間方麵，用飛秒光脈衝(chong) 進行磁光學似乎是研究鐵磁材料的超快退磁、磁化進動和磁化切換等物理過程的理想方法。zui終，zui短的可測量事件是由激光脈衝(chong) 決(jue) 定的。例如，使用來自鈦:藍寶石振蕩器的20 fs脈衝(chong) ，已經證明退磁過程發生在電子的熱化時間內(nei) ，即在CoPt3鐵磁薄膜的情況下，60 fs在空間方麵，根據所需的分辨率，使用了各種方法，包括掃描電子顯微鏡與(yu) 極化分析，磁力顯微鏡，光電電子顯微鏡，和掃描近場磁光克爾顯微鏡。因此理想情況下，可以結合時間和空間分辨率來研究單個(ge) 納米結構的磁化動力學。
圖1
飛秒時間分辨光學克爾顯微鏡如圖1所示。泵浦和探針激光脈衝(chong) 由鈦藍寶石再生放大器獲得，以5 KHz的重複率工作，以避免累積熱效應。持續時間為(wei) 150 fs(泵)和180 fs(探頭)。泵浦光束中心波長為(wei) 790 nm，探測光束中心波長為(wei) 395 nm，在1.5 mm厚的硼酸鋇晶體(ti) 中通過二次諧波產(chan) 生。兩(liang) 個(ge) 獨立的望遠鏡允許一個(ge) 人調整每個(ge) 光束的模式，以獲得對樣品的zui佳聚焦。通過光延遲線後，泵浦光束與(yu) 線偏振的探測光束共線。聚焦是使用一個(ge) 標準的顯微鏡物鏡與(yu) 一個(ge) 數值孔徑0.65的40倍物鏡。嚐試使用反射物鏡來zui小化探測脈衝(chong) 的群速度色散，然而它惡化了探針束的偏振狀態，否則探針束在整個(ge) 顯微鏡中保持偏振消光比為(wei) 0.0005。聚焦光斑的直徑分別為(wei) 300 nm和600 nm。反射的探針光束被分束器收集，聚焦在直徑為(wei) 20 um的針孔上。對於(yu) 某些示例，這種共聚焦配置可用於(yu) 消除來自樣品襯底的背景散射光。在針孔之後，用一個(ge) 偏振器來分析探測光束的克爾旋轉，該偏振器相對於(yu) 入射光束的交叉偏振方向的角度為(wei) 幾度(交叉偏振器技術)然後用光電倍增管和鎖定檢測方案進行檢測。垂直於(yu) 樣品平麵施加zui大振幅為(wei) ±4 kOe的可變靜態磁場H。樣品可以用XY壓電掃描台在±40 um的距離上進行掃描，精度為(wei) 2 nm。CoPt3光盤是由15 nm的CoxPt1−x (x=0.25)合金薄膜通過分子束外延生長在沉積在500 um取向藍寶石(0001)襯底上的12 nm Pt緩衝(chong) 層上，通過電子光刻製成的圓盤的直徑為(wei) 0.2 ~ 1m，圓盤之間的距離為(wei) 0.5 ~ 2um。
圖2
圖2(a)表示時間的變化泵浦激勵密度為(wei) 4 mJ cm−2，外加磁場設置為(wei) 3.5 kOe，使靜態磁化達到飽和。插圖描繪了超快磁化動力學的詳細視圖。圖2(b)表示類似的曲線，但激發密度為(wei) 8 mJ cm−2。初始退磁發生在泵浦脈衝(chong) 期間，對應於(yu) 自旋的激光加熱，發生在電子的熱化過程中由於(yu) 探針脈衝(chong) 持續時間為(wei) 180秒，這裏的熱化過程沒有得到解決(jue) 。注意，對於(yu) zui大激勵密度[圖2(b)]，初始退磁完成。然後再磁化發生在兩(liang) 個(ge) 主要步驟。第1個(ge) 對應於(yu) 自旋和晶格之間的平衡。兩(liang) 種強度對應的時間常數分別為(wei) 2.5和5.2 ps。這種重要的變化可以用電子Ce和自旋Cm比熱的溫度依賴性來解釋。隨後發生的再磁化過程對應於(yu) 晶格的冷卻和與(yu) 基底能量交換相關(guan) 的自旋。它隨激發密度變化不大[圖2(a)和圖2(b)分別為(wei) 630和530 ps]。
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