Démagnétisation laser ultrarapide en présence d’un réseau de domaines magnétiques nanométriques

Jusqu’à présent, les phénomènes magnétiques ultrarapides étaient étudiés à l’aide d’impulsions laser infrarouges, ce qui limitait la résolution spatiale à quelques micromètres. En utilisant une nouvelle source d’impulsions femtosecondes de rayons X mous, des physiciens franciliens viennent d’étudier la démagnétisation ultrarapide d’un système multicouche avec une résolution spatiale meilleure que 100 nanomètres.

Ce travail réalisé par une collaboration de physiciens, regroupant des chercheurs du Laboratoire d’Optique Appliquée - LOA (ENSTA-Paristech – École polytechnique – CNRS), du Laboratoire de Chimie Physique Matière et Rayonnement - LCPMR (Université Pierre et Marie Curie – CNRS) et du Service des Photons, Atomes et Molécules - SPAM (CEA Saclay) associés à des chercheurs de l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg - IPCMS (Université de Strasbourg – CNRS) et de l’Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear - IPFN (Lisbon, Portugal) a fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications.

Pour étudier la dynamique d’aimantation ultra-rapide, on utilise habituellement des lasers femtosecondes de longueur d’onde micrométrique. Ces grandes longueurs d’ondes ne permettent pas de visualiser des structures de taille nanométrique. Les physiciens ont donc utilisé la source d’harmoniques d’ordre élevé du LOA, délivrant des impulsions d’une durée d’environ 20 fs à une longueur d’onde de 20 nm, pour observer pour la première fois la dynamique d’aimantation ultra-rapide avec une résolution meilleure que la centaine de nanomètres. Ils ont suivi l’évolution de l’aimantation d’un réseau de domaines magnétiques après excitation par une impulsion infrarouge femtoseconde. Ce « réseau magnétique » se comporte exactement comme un réseau optique classique et diffracte les photons X-UV incidents. En mesurant la forme et l’intensité des tâches de diffraction, on peut déterminer la taille et l’aimantation des domaines magnétiques. Les physiciens ont montré que l’aimantation des domaines diminuait avec un temps caractéristique de 100 fs, deux à trois fois plus rapidement que dans les systèmes magnétiques homogènes (sans domaines magnétiques). Ce résultat ouvre la voie à une meilleure compréhension de la dynamique magnétique ultra-rapide et à des expériences d’un nouveau type combinant les échelles spatiale nanométrique et temporelle femtoseconde.

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Image des domaines magnétiques obtenue par microscopie à force magnétique
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Photons X-UV diffractés par les domaines magnétiques

Laser-induced ultrafast demagnetization in the presence of a nanoscale magnetic domain network, Boris Vodungbo1, Julien Gautier1, Guillaume Lambert1, Anna Barszczak Sardinha1,2, Magali Lozano1, Stéphane Sebban1, Mathieu Ducousso3, Willem Boutu3, Kaigong Li4, Bharati Tudu4, Marina Tortarolo4, Ranjit Hawaldar4, Renaud Delaunay4, Victor López-Flores5, Jacek Arabski5, Christine Boeglin5, Hamed Merdji3, Philippe Zeitoun1 et Jan Lüning4 Nature Communications (2012).

Retrouvez l’article de la publication sur la base ouverte HAL.

Contact chercheur

Boris Vodungbo, post-doctorant

Informations complémentaires

1 Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), Paris

2 Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear, Instituto Superior Tecnico, Lisbon, Portugal

3 Service des Photons, Atomes et Molécules, IRAMIS, CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette

4 Laboratoire de Chimie Physique - Matière et Rayonnement (LCPMR), Paris

5 Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Strasbourg

Contacts INP

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Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr