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Wavelength dependent demagnetization dynamics in Co2MnGa Heusler-alloy

Wellenlängeabhängige Entmagnetisierungsdynamik in Co2MnGa Heusler-Legierung

  • In this work we investigated ultrafast demagnetization in a Heusler-alloy. This material belongs to the halfmetal and exists in a ferromagnetic phase. A special feature of investigated alloy is a structure of electronic bands. The last leads to the specific density of the states. Majority electrons form a metallic like structure while minority electrons form a gap near the Fermi-level, like in semiconductor. This particularity offers a good possibility to use this material as model-like structure and to make some proof of principles concerning demagnetization. Using pump-probe experiments we carried out time-resolved measurements to figure out the times of demagnetization. For the pumping we used ultrashort laser pulses with duration around 100 fs. Simultaneously we used two excitation regimes with two different wavelengths namely 400 nm and 1240 nm. Decreasing the energy of photons to the gap size of the minority electrons we explored the effect of the gap on the demagnetization dynamics. During this work we used for the first timeIn this work we investigated ultrafast demagnetization in a Heusler-alloy. This material belongs to the halfmetal and exists in a ferromagnetic phase. A special feature of investigated alloy is a structure of electronic bands. The last leads to the specific density of the states. Majority electrons form a metallic like structure while minority electrons form a gap near the Fermi-level, like in semiconductor. This particularity offers a good possibility to use this material as model-like structure and to make some proof of principles concerning demagnetization. Using pump-probe experiments we carried out time-resolved measurements to figure out the times of demagnetization. For the pumping we used ultrashort laser pulses with duration around 100 fs. Simultaneously we used two excitation regimes with two different wavelengths namely 400 nm and 1240 nm. Decreasing the energy of photons to the gap size of the minority electrons we explored the effect of the gap on the demagnetization dynamics. During this work we used for the first time OPA (Optical Parametrical Amplifier) for the generation of the laser irradiation in a long-wave regime. We tested it on the FETOSPEX-beamline in BASSYII electron storage ring. With this new technique we measured wavelength dependent demagnetization dynamics. We estimated that the demagnetization time is in a correlation with photon energy of the excitation pulse. Higher photon energy leads to the faster demagnetization in our material. We associate this result with the existence of the energy-gap for minority electrons and explained it with Elliot-Yaffet-scattering events. Additionally we applied new probe-method for magnetization state in this work and verified their effectivity. It is about the well-known XMCD (X-ray magnetic circular dichroism) which we adopted for the measurements in reflection geometry. Static experiments confirmed that the pure electronic dynamics can be separated from the magnetic one. We used photon energy fixed on the L3 of the corresponding elements with circular polarization. Appropriate incidence angel was estimated from static measurements. Using this probe method in dynamic measurements we explored electronic and magnetic dynamics in this alloy.show moreshow less
  • In dieser Arbeit haben wir ultraschnelle Entmagnetisierung an einer Heusler-Legierung untersucht. Es handelt sich um ein Halbmetall, das sich in einer ferromagnetischen Phase befindet. Die Besonderheit dieses Materials besteht im Aufbau einer Bandstruktur. Diese bildet Zustandsdichten, in der die Majoritätselektronen eine metallische Bänderbildung aufweisen und die Minoritätselektronen eine Bandlücke in der Nähe des Fermi-Niveaus aufweisen, das dem Aufbau eines Halbleiters entspricht. Mit Hilfe der Pump-Probe-Experimente haben wir zeitaufgelöste Messungen durchgeführt. Für das Pumpen wurden ultrakurze Laserpulse mit einer Pulsdauer von 100 fs benutzt. Wir haben dabei zwei verschiedene Wellenlängen mit 400 nm und 1240 nm benutzt, um den Effekt der Primäranregung und der Bandlücke in den Minoritätszuständen zu untersuchen. Dabei wurde zum ersten Mal OPA (Optical Parametrical Amplifier) für die Erzeugung der langwelligen Pulse an der FEMTOSPEX-Beamline getestet und erfolgreich bei den Experimenten verwendet. Wir haben WellenlängenIn dieser Arbeit haben wir ultraschnelle Entmagnetisierung an einer Heusler-Legierung untersucht. Es handelt sich um ein Halbmetall, das sich in einer ferromagnetischen Phase befindet. Die Besonderheit dieses Materials besteht im Aufbau einer Bandstruktur. Diese bildet Zustandsdichten, in der die Majoritätselektronen eine metallische Bänderbildung aufweisen und die Minoritätselektronen eine Bandlücke in der Nähe des Fermi-Niveaus aufweisen, das dem Aufbau eines Halbleiters entspricht. Mit Hilfe der Pump-Probe-Experimente haben wir zeitaufgelöste Messungen durchgeführt. Für das Pumpen wurden ultrakurze Laserpulse mit einer Pulsdauer von 100 fs benutzt. Wir haben dabei zwei verschiedene Wellenlängen mit 400 nm und 1240 nm benutzt, um den Effekt der Primäranregung und der Bandlücke in den Minoritätszuständen zu untersuchen. Dabei wurde zum ersten Mal OPA (Optical Parametrical Amplifier) für die Erzeugung der langwelligen Pulse an der FEMTOSPEX-Beamline getestet und erfolgreich bei den Experimenten verwendet. Wir haben Wellenlängen bedingte Unterschiede in der Entmagnetisierungszeit gemessen. Mit der Erhöhung der Photonenenergie ist der Prozess der Entmagnetisierung deutlich schneller als bei einer niedrigeren Photonenenergie. Wir verknüpften diese Ergebnisse mit der Existenz der Energielücke für Minoritätselektronen. Mit Hilfe lokaler Elliot-Yafet-Streuprozesse können die beobachteten Zeiten gut erklärt werden. Wir haben in dieser Arbeit auch eine neue Probe-Methode für die Magnetisierung angewandt und somit experimentell deren Effektivität, nämlich XMCD in Refletiongeometry, bestätigen können. Statische Experimente liefern somit deutliche Indizien dafür, dass eine magnetische von einer rein elektronischen Antwort des Systems getrennt werden kann. Unter der Voraussetzung, dass die Photonenenergie der Röntgenstrahlung auf die L3 Kante des entsprechenden Elements eingestellt, ein geeigneter Einfallswinkel gewählt und die zirkulare Polarisation fixiert wird, ist es möglich, diese Methode zur Analyse magnetischer und elektronischer Respons anzuwenden.show moreshow less

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Metadaten
Author:Sergej SolopowORCiD
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427860
DOI:https://doi.org/10.25932/publishup-42786
Referee:Alexander FöhlischORCiDGND, Wolfgang KuchORCiDGND, Peter OppeneerORCiD
Advisor:Alexander Föhlisch, Oliver Rader, Torsten Kachel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of first Publication:2019
Year of Completion:2019
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2019/02/19
Release Date:2019/05/03
Tag:Heusler-Legierung; Magnetisierungsdynamik; XMCD
Heusler-alloy; XMCD; magnetizationdynamic
Pagenumber:91
RVK - Regensburg Classification:UP 6800, UH 5670
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
PACS Classification:70.00.00 CONDENSED MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL, MAGNETIC, AND OPTICAL PROPERTIES
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