Novel dual-colour architecture for ultrafast spin dynamics measurements in sub-8 fs regime /

As técnicas de espectroscopia pump-probe são extremamente poderosas como ferramenta de visualização em escalas de tempo que outros métodos não podem atingir. Esse diferencial reside no fato de que tais técnicas usam como fonte pulsos de laser ultracurtos da ordem dos femtosegundos (1 femtosegundo 10...

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Detalhes bibliográficos
Principais autores: Gonçalves, Cledson Santana Lopes., Crespo, Helder., Schmool, D. S., Universidade do Porto
Formato: Tese
Publicado em:
Assuntos:
Espectroscopia.
Tese.
Espectroscopia pump-probe.
Magnetic dynamics.
Pulsos de femtosegundos.
pump-probe spectroscopy
Endereço do item:https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/81571/2/37380.pdf
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Novel dual-colour architecture for ultrafast spin dynamics measurements in sub-8 fs regime /
description As técnicas de espectroscopia pump-probe são extremamente poderosas como ferramenta de visualização em escalas de tempo que outros métodos não podem atingir. Esse diferencial reside no fato de que tais técnicas usam como fonte pulsos de laser ultracurtos da ordem dos femtosegundos (1 femtosegundo 10-15 segundos) para excitar e sondar a amostra. Assim é possível obter informações sob os fenômenos que ocorrem em escalas de femtosegundos. Efeitos nesta escala de tempo contêm informações importantes, por exemplo, em sistemas ferromagnéticos, sobre energias magnéticas, associadas a anisotropia magnética, interação spin-orbita e interação de troca (exchange). Além disso, também é possível usá-las para controlar diretamente (oticamente) a magnetização a partir da interação com a luz. Em geral, esses métodos têm mostrado grande sucesso na caracterização e observação de propriedades físicas fundamentais na dinâmica molecular e processos desmagnetização, tornando-se como um possível caminho para controlar magnetização em escalas de femtossegundos. Este trabalho tem como proposta a montagem e utilização de um aparato experimental de espectroscopia magneto-ótica do tipo pump-probe usando uma fonte com características únicas que irá proporcionar pulsos com duração da ordem de sub-8 fs no plano da amostra. Nesta escala de tempo, são necessárias técnicas avançadas de compensação de dispersão dos pulsos, uma vez que um pulso de luz ao propagar-se em um meio dispersivo (como o vidro ótico ou mesmo ar) alarga temporalmente. Ao garantirmos essa resolução temporal no plano da amostra, estaremos por volta de uma ordem de magnitude melhor do que o relatado na literatura recente (ver, por exemplo a referência [1]). Isso deverá permitir estudos detalhados da dinâmica magnética com uma precisão sem precedentes. Portanto, a escolha dos componentes apropriados, a compensação de dispersão, bem como as características do sistema de aquisição de dados foram fundamentais para atingirmos a resolução temporal desejada. Esse aparato experimental foi desenvolvido para estudar materiais magnéticos tais como em amostras de filmes ferromagnéticos de GdFeCo, Co etc. Pretende-se, com esse setup experimental, observar processos que ocorrem após um pulso de laser de femtosegundos interagir com a amostra. Entre esses processos podemos destacar: a interação dos fótons com os elétrons e spins do material; o relaxamento dos elétrons e spins para populações termalizadas, sendo que durante este regime temporal ocorrem mecanismos incoerentes que conduzem à desmagnetização. Outros processos relevantes são a precessão de magnetização ou a influência da anisotropia magnetocristalina na trajetória da amostra.#$&The pump-probe espectroscopic techniques are extremely powerful as a visualisation tool in time scales that other methods can not reach. This difference lies in the fact that such techniques use as ultrashort laser pulse source with duration of the order of femtoseconds (1 femtosecond is 10−15 seconds) to excite and to probe the sample. So, it is possible to obtain information of phenomena that occurs in femtoseconds scales. Effects on this timescale contain important information, for example in ferromagnetic systems, about the energy associated with the magnetic anisotropy spin-orbit interaction and exchange interaction. Also, it is possible to use theses pulses to control directly (optically) the magnetisation from the interaction with light. In general, these methods have shown great success in the characterisation and observation of fundamental physical properties of molecular and demagnetisation dynamic processes, being a possible way to control the magnetisation in femtosecond scales. This work proposed the development and use of an experimental apparatus for magneto-optical pump-probe spectroscopy using a source with unique features that provides pulses with sub-8 fs durations in the sample. On this time scale, advanced techniques are required for dispersion compensation of pulses, since when the light pulse propagates on a dispersive medium (such as optical glass or air) it broadens temporally. Therefore, the choice of suitable optical components, quality of the dispersion compensation, as well as the characteristics of the data acquisition system were essential to achieve the required temporal resolution. The experimental apparatus was developed to study magnetic materials such as ferromagnetic film samples GdCoFe, Co etc. The aim with this experimental setup, is to observe processes that occur after a few femtosecond laser pulse interaction with the sample. Among these processes we can highlight: the interaction of photons with electrons and spins of the material; the relaxation of electrons and spins for thermalise populations, where during this time regime incoherent mechanisms occur which lead to demagnetisation. Other significant phenomena are the precession of magnetisation or the influence of magnetocrystalline anisotropy.
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Efeitos nesta escala de tempo contêm informações importantes, por exemplo, em sistemas ferromagnéticos, sobre energias magnéticas, associadas a anisotropia magnética, interação spin-orbita e interação de troca (exchange). Além disso, também é possível usá-las para controlar diretamente (oticamente) a magnetização a partir da interação com a luz. Em geral, esses métodos têm mostrado grande sucesso na caracterização e observação de propriedades físicas fundamentais na dinâmica molecular e processos desmagnetização, tornando-se como um possível caminho para controlar magnetização em escalas de femtossegundos. Este trabalho tem como proposta a montagem e utilização de um aparato experimental de espectroscopia magneto-ótica do tipo pump-probe usando uma fonte com características únicas que irá proporcionar pulsos com duração da ordem de sub-8 fs no plano da amostra. Nesta escala de tempo, são necessárias técnicas avançadas de compensação de dispersão dos pulsos, uma vez que um pulso de luz ao propagar-se em um meio dispersivo (como o vidro ótico ou mesmo ar) alarga temporalmente. Ao garantirmos essa resolução temporal no plano da amostra, estaremos por volta de uma ordem de magnitude melhor do que o relatado na literatura recente (ver, por exemplo a referência [1]). Isso deverá permitir estudos detalhados da dinâmica magnética com uma precisão sem precedentes. Portanto, a escolha dos componentes apropriados, a compensação de dispersão, bem como as características do sistema de aquisição de dados foram fundamentais para atingirmos a resolução temporal desejada. Esse aparato experimental foi desenvolvido para estudar materiais magnéticos tais como em amostras de filmes ferromagnéticos de GdFeCo, Co etc. Pretende-se, com esse setup experimental, observar processos que ocorrem após um pulso de laser de femtosegundos interagir com a amostra. Entre esses processos podemos destacar: a interação dos fótons com os elétrons e spins do material; o relaxamento dos elétrons e spins para populações termalizadas, sendo que durante este regime temporal ocorrem mecanismos incoerentes que conduzem à desmagnetização. Outros processos relevantes são a precessão de magnetização ou a influência da anisotropia magnetocristalina na trajetória da amostra.#$&The pump-probe espectroscopic techniques are extremely powerful as a visualisation tool in time scales that other methods can not reach. This difference lies in the fact that such techniques use as ultrashort laser pulse source with duration of the order of femtoseconds (1 femtosecond is 10−15 seconds) to excite and to probe the sample. So, it is possible to obtain information of phenomena that occurs in femtoseconds scales. Effects on this timescale contain important information, for example in ferromagnetic systems, about the energy associated with the magnetic anisotropy spin-orbit interaction and exchange interaction. Also, it is possible to use theses pulses to control directly (optically) the magnetisation from the interaction with light. In general, these methods have shown great success in the characterisation and observation of fundamental physical properties of molecular and demagnetisation dynamic processes, being a possible way to control the magnetisation in femtosecond scales. This work proposed the development and use of an experimental apparatus for magneto-optical pump-probe spectroscopy using a source with unique features that provides pulses with sub-8 fs durations in the sample. On this time scale, advanced techniques are required for dispersion compensation of pulses, since when the light pulse propagates on a dispersive medium (such as optical glass or air) it broadens temporally. Therefore, the choice of suitable optical components, quality of the dispersion compensation, as well as the characteristics of the data acquisition system were essential to achieve the required temporal resolution. The experimental apparatus was developed to study magnetic materials such as ferromagnetic film samples GdCoFe, Co etc. The aim with this experimental setup, is to observe processes that occur after a few femtosecond laser pulse interaction with the sample. Among these processes we can highlight: the interaction of photons with electrons and spins of the material; the relaxation of electrons and spins for thermalise populations, where during this time regime incoherent mechanisms occur which lead to demagnetisation. Other significant phenomena are the precession of magnetisation or the influence of magnetocrystalline anisotropy. 1 2022-10-07T01:05:37Z 2022-10-07T01:05:37Z 2015. Tese 53 G635n TESE 274343 https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/81571/2/37380.pdf https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/81571/2/37380.pdf

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