Sources de lumière appliquées à l’étude de la désaimantation ultrarapide.

Légaré, Katherine (2022). Sources de lumière appliquées à l’étude de la désaimantation ultrarapide. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 225 p.

Prévisualisation

PDF Télécharger (9MB) | Prévisualisation

Résumé

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF.

Une avenue prometteuse pour le futur des technologies de stockage de données est d’utiliser la lumière pour contrôler l’aimantation de façon ultrarapide, soit sur des échelles de temps femtoseconde à picoseconde (10-15 à 10-12 s). Pour développer de telles technologies, il faut étudier l’interaction entre la lumière et les matériaux magnétiques. Un phénomène d’intérêt est la désaimantation ultrarapide, c’est-à-dire la chute de l’aimantation se produisant dans un matériau lorsque celui-ci est excité par une impulsion laser femtoseconde. Bien que ce phénomène soit connu depuis 1996, certains mystères subsistent quant aux mécanismes qui en sont responsable. Plusieurs méthodes permettant d’étudier la désaimantation ultrarapide existent. La plupart requièrent des sources de rayonnement ultraviolet extrême ou de rayons X qui sont dispendieuses et peu accessibles telles que les synchrotrons et les lasers à électrons libres. Ici, nous présentons plutôt des méthodologies basées sur des sources de petite envergure disponibles en laboratoire. De plus, nous étudions comment les caractéristiques de l’impulsion laser utilisée pour exciter l’échantillon peuvent affecter les dynamiques ultrarapides de la désaimantation. La méthode conventionnellement utilisée pour produire des impulsions courtes dans l’ultraviolet extrême en laboratoire est la génération d’harmoniques d’ordres élevés. Toutefois, ce processus ne permet généralement pas d’obtenir un flux élevé de photons. Dans ce document, nous présentons d’abord une source d’harmoniques basée sur des impulsions laser ultracourtes à une longueur d’onde de 1030 nm. Cette source offre un flux élevé de photons autour de 155 eV, ce qui permet de sonder la désaimantation ultrarapide du terbium dans un alliage. Nous présentons également l’effet de la longueur d’onde d’excitation sur la désaimantation dans des échantillons multicouches contenant du cobalt. Nous observons que l’efficacité de la désaimantation augmente avec la longueur d’onde dans le proche infrarouge, mais que cette tendance ne semble pas s’étendre à l’infrarouge moyen. Nous constatons également que les caractéristiques temporelles de l’impulsion d’excitation ont un effet important sur les dynamiques de la désaimantation. Ces mesures reposent sur deux méthodes expérimentales. La première exploite une source harmonique offrant un flux élevé de photons à 60 eV. À ce sujet, nous proposons une technique pour contrôler les caractéristiques spatio-temporelles des impulsions laser utilisées pour la génération d’harmoniques, ce qui permet d’adapter la source de photons aux spécificités requises par une application donnée. La seconde est basée sur l’effet Kerr magnéto-optique. Une optimisation analytique de la configuration du montage permet d’en maximiser l’efficacité.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.

A promising avenue for future data storage technologies is to use light to control magnetization on the femtosecond to picosecond timescales (10-15 to 10-12 s). To develop such technologies, the interaction between light and magnetic materials must be studied. One phenomenon of interest is ultrafast demagnetization, which is a drop in magnetization that occurs in a material when it is excited by a femtosecond laser pulse. Although this phenomenon has been known since 1996, some mysteries remain as to the mechanisms that are responsible for it. Several methods exist to study ultrafast demagnetization. Most of them require sources of extreme ultraviolet radiation or X-rays that are expensive and not very accessible such as synchrotrons and free electron lasers. Here, we present instead methodologies based on small scale sources available in the laboratory. In addition, we study how the characteristics of the laser pulse used to excite the sample can affect the ultrafast dynamics of demagnetization. The conventional method used to produce extreme ultraviolet, ultrashort pulses in the laboratory is high harmonic generation. However, this process does not generally yield a high photon flux. Here, we first present a harmonic source based on ultrashort laser pulses at a wavelength of 1030 nm. This source provides a high photon flux around 155 eV, which allows to probe the ultrafast demagnetization of terbium in an alloy. We also present the effect of the excitation wavelength on demagnetization in multilayer samples containing cobalt. We observe that the demagnetization efficiency increases with wavelength in the near-infrared, but that this trend does not appear to extend to the mid-infrared. We also find that the temporal characteristics of the excitation pulse have a significant effect on the demagnetization dynamics. These measurements are based on two experimental methods. The first one exploits a harmonic source offering a high photon flux at 60 eV. In this regard, we propose a technique that allows to control the spatio-temporal characteristics of the laser pulses used for the generation of harmonics, thus allowing to adapt the photon source to the specificities required for a given application. The second one is based on the magneto-optical Kerr effect. An analytical optimization of the configuration of the experimental setup allows to maximize its efficiency.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Légaré, François
Mots-clés libres:	désaimantation ultrarapide; génération d’harmoniques d’ordres élevés; diffusion magnétique résonante de rayons X; effet Kerr magnéto-optique; expérience pompe-sonde; infrarouge moyen; états solitoniques multidimensionnels; compression d’impulsions; terres rares; métaux de transition; ultrafast demagnetization; high harmonic generation; X-ray resonant magnetic scattering; magneto-optical Kerr effect; pump-probe experiment; mid-infrared; multidimensional solitary states; pulse compression; rare-earths; transition metals.
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	30 mars 2023 19:28
Dernière modification:	30 sept. 2023 04:00
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13252

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice