Zakład Fizyki Magnetyków

Wydział FizykiUniwersytet w Białymstoku

Lipowa 41, 15-424 Białystok

Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223E-mail: magnet@uwb.edu.plhttp://physics.uwb.edu.pl/zfm

Laboratoria statycznych i dynamicznych pomiarów magneto-optycznych

Andrzej MaziewskiAndrzej MaziewskiWojciech Dobrogowski, Ryszard Gieniusz, Jan Kisiele wski,

Marek Kisielewski, Zbigniew Kurant, Piotr Mazalski,Andrzej Stupakiewicz, Józef Sveklo, Maria Tekielak

Zakład Fizyki Magnetyków

Wydział FizykiUniwersytet w Białymstoku

Lipowa 41, 15-424 Białystok

Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223E-mail: magnet@uwb.edu.plhttp://physics.uwb.edu.pl/zfm

17. Rozbudowa laboratorium femtosekundowych technik magnetooptycznych.

17a. Mikroskop do kompleksowych bada ń magnetycznych.

ZADANIA

18. Budowa układu nieelastycznego rozpraszania światła Brillouina.

19. Rozbudowa układów niskotemperaturowej milimagne tomeriiliniowej i nieliniowej.

20. Rozbudowa układów niskotemperaturowej mikromagneto metrii.

21. System do generacji pola magnetycznego o dowoln ej orientacji.

- magneto-optical spectroscopy (MOKE, Faraday)

- second-harmonic generation (MSHG)

- ultrafast magnetization dynamics (pump-probe)

17. Rozbudowa laboratorium femtosekundowych technik magnetooptycznych

Techniques:

laser Spectra-Physics MaiTai SP:pulses 20 fs, 800nm, 1-80 MHz

amplifier Spectra-Physics Spitfire Ace: 1 kHz, energy 5 mJ, pulses 35 fs

OPA Topas: 290-2500 nm

Ultrafast photomagnetic effect in YIG:CoUltrafast photomagnetic effect in YIG:Co

ϕϕϕϕ=0 - [100]

ϕϕϕϕ=45o - [110]

Co-substituted YIG

Pump polarization4.3 GHz

Non-thermal effect !

ϕϕϕϕ=90o - [010]

0 200 400 600 800

Delay time (ps)

H = 1.47 kOe

Phys.Rev.B 81, 214440 (2010).

Spin precession modulation in Co/YIG:Co

f1=4.2 GHz

f1=7 GHzf2=16 GHz

FFT

f2=22 GHz

f1=8.5 GHzf2=18.5 GHz

fittingf2

f1

Appl.Phys.Lett. 101, 262406 (2012).

17a). Mikroskop do kompleksowych bada ń magnetycznych

56mJ/cm 2

Co microwires (150 µµµµm)

Pt 5nm/Co 2.8nm/Pt 5nmMo 20/Pt 20/Co 3.3/Pt 5nm

(Co 3nm/Au 3nm) 6

2.8*1014 ions/cm 2

High-and wide-field polarization Zeiss microscope

Rotatable elekcromagnet for in-plane H ~ 0.10 T

High-resolution and sensitive digital CCD camera

Video microscopy (contrast enhancement by real-time difference imaging, movies of magnetization processes)

Simultaneous measurement of local M(H)L-MOKE

P-MOKE

Appl.Phys.Lett. 97, 012502 (2010).

18. Budowa układu nieelastycznego rozpraszania światła Brillouina - wprowadzenie

absorbed

magnon

(phonon)

emittedmagnon(phonon)

scattered photon scattered photon

Inelastic scattering

7ωωωωSL -ωωωωL [GHz]

incident photon incident photon

Brillouin light scattering spectrometer for spin waves and/or acoustic phonons stud ies.

IBLS(x,y)Multipass interferometr tandem Fabry-Perot:• Frequency range up to 60 GHz • Frequency resolution 1 MHz• Contrast 1:10 12

8ωωωωSL -ωωωωL [GHz]

BLS system with time and space resolution

9Ogniskowanie wi ązki laserowej: (i) makro-BLS φφφφ~40µµµµm(ii) µµµµ-BLS φφφφ~0.25 µµµµm (w odbiciu) Rozdzielczo ść czasowa do 1ns

Second harmonic generation

The results from µµµµ-BLS: Linear and nonlinear spin waves excitation in permalloy (Ni 80Fe20) nano-dot.

Fundamendal modePower of microwave impuls P=100 µµµµW

Third harmonic generationSecond harmonic generationP=50mW, excitation frequency f= 4.55 GHz

Detection frequency BLS fBLS=3f=9.3 GHZ

10

Appl.Phys.Lett.99, 012505 (2011)

Third harmonic generation

P=50mW, excitation frequency f= 3.1 GHz

Detection frequency BLSfBLS=2f=9.1 GHZ<f0

BLS studies of patterned YIG film

x-y moved

laser spot

4.5 µµµµm YIG film on GGG substrate

11

antidots :

holes with

50 µµµµm diameter

Microwave antena

BLS signal from the patterned area

Fotografie układu BLS i przykładowe wyniki

APPLIED PHYSICS LETTERS 99, 012505 (2011)

19. Rozbudowa układów niskotemperaturowej milimagnetomerii liniowej i nieliniowej.

Temperature range: 1.5-300 K

4 optical windows ∅ 10 mm

Working distance 130 mm

Magnetic field ±7 T

Cooling time of samples ~8 h

Exemplary PMOKE remanence image

10

mm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.12.23.34.45.56.67.78.8mm

1E131E141E151E165E135.5E145.7E15

Dose, ions/cm 2

10

1

2

3

4

5

dCo, nm

Co

Exemplary PMOKE remanence image

T=1.5 K

Pt/Co/Pt

Ga+ 30 kev

20. Rozbudowa układów niskotemperaturowejmikromagnetometrii.

Temperature range: 10-350 K

4 optical windows ∅ 15 mm

Level vibration of samples < 5 nm

Translation range XZ: 140/100 mm

Z resolution, µm 0.5

X resolution, µm 0.08

21. System do generacji pola magnetycznego o dowolne j orientacji

Magnetic poles generate magnetic field in the whole 3D space,

Maximal value of the magnetic field ~ 0.53 T,

Hysteresis loops study PMOKE and LMOKE configurations,

Laser beam spot size down to ~50 µm, Distribution of the magnetic field in the 3D space, red arrows indicate

localizations of the magnetic poles