Co₂FeAl/（Ga,Mn）As双层磁性膜的光致自旋动力学研究

【作者】 袁昊辰； 聂帅华； 赵建华； 马天平； 吴义政； 陈张海； 赵海斌； 陈良尧；

【机构】 复旦大学光科学与工程系微纳光子结构教育部重点实验室上海超精密光学工程中心； 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室； 复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室先进材料实验室；

【摘要】 近十多年来,铁磁半导体（Ga,Mn）As因其在自旋电子学器件中的重要应用价值而受到广泛的关注。但迄今为止,最高的居里温度为200K[1],远低于室温,这成为制约其大规模应用的一个巨大障碍。解决这一问题的思路之一在于利用铁磁邻近极化效应。08年F.Maccherozzi等人便报道了在Fe/（Ga,Mn）As这种铁磁金属和铁磁半导体异质结中发现了靠近铁磁金属一侧的铁磁半导体薄层在室温下仍具有铁磁性[2]。Co₂FeAl这类Heusler合金具有高的自旋极化率和高的居里温度,而且高质量的Co₂FeAl也易于外延生长在GaAs上。13年聂帅华等人也报道了实验和理论上得到的Co₂FeAl/（Ga,Mn）As静态特性,显示两层之间为铁磁性耦合,并且正是由于铁磁邻近效应使得400K的时候靠近铁磁层1.36nm厚的（Ga,Mn）As仍然具有铁磁性[3]。鉴于此,针对Co₂FeAl/（Ga,Mn）As的磁性动力学特性的研究将会对界面之间的耦合提供直接的证据,并且可以为日后自旋电子学器件的设计提供借鉴。在这项工作中,我们利用钛宝石振荡级锁模激光器,在低光功率密度<1μJ/cm²的激发下,可以观察到Co₂FeAl/（Ga,Mn）As中明显的磁矩进动,并且这一现象在80-300K下均存在。与此相反,Co₂FeAl/GaAs中没有激发进动。而从80-5K,Co₂FeAl/（Ga,Mn）As的进动激发进一步增强,其振荡的幅值随着温度的下降逐渐升高。并且在5K时,振荡的衰减也快于液氮温度下的结果。当温度从5K上升至300K时,进动的频率逐渐降低,而Co₂FeAl/GaAs在此温度区间并没有明显的频率变化。这都说明Co₂FeAl和（Ga,Mn）As之间存在耦合,正是这种耦合受到飞秒脉冲激发调制,从而激发出了Co₂FeAl中的磁矩进动。更多还原