Фемтосекундная оптическая и магнитооптическая спектроскопия тонкой эпитаксиальной пленки сплава Pd0.94Fe0.06

Тонкопленочные гетероструктуры структуры типа сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник (С/Ф/С) лежат в основе устройств цифровой логики и элементов памяти, работающих при криогенных температурах [1,2]. Характеризующиеся высокой, порядка единиц терагерц, рабочей частотой и крайне низкой, порядка долей аттоватт [3,4], энергией на одно переключение, эти элементы приобретают весомое преимущество по сравнению с классическими высокотемпературными цифровыми элементами, особенно для создания нейромофных сетей и систем искусственного интеллекта [5,6]. Важной частью С/Ф/С-структур является ферромагнитный слой, свойства которого определяют диапазон применимости основанных на них устройств. Например, для создания устройств памяти на базе структур С/Ф/С необходимы материалы, которые характеризуются малым коэрцитивным полем и наличием магнитной анизотропии в плоскости ферромагнитного слоя. Одним из рассматриваемых кандидатов являются сплавы Pd1-xFex с x < 0.10. Особенностью сплавов на основе палладия является механизм формирования магнитоупорядоченного (ферромагнитного) состояния. Палладий, исходя из критерия Стонера, находится на грани магнитной неустойчивости [7]. Как следствие, вокруг примесных атомов, например, железа, образуются магнитно-поляризованные области атомов палладия, названные магнитными поляронами. При понижении температуры размеры этих областей увеличиваются, а температура Кюри соответствует возникновению перколяции между магнитно-поляризованными областями, что приводит к установлению дальнего магнитного порядка. При этом, согласно исследованиям макроскопических образцов методами нейтронной дифракции [8], парамагнитные области в сплаве полностью не исчезают из-за наличия локальной неоднородности концентрации железа в палладии, однако они проявляют тенденцию к уменьшению, стремясь к некоторой постоянной величине при дальнейшем понижении температуры. Одной из критических характеристик С/Ф/С-структур является магнитная однородность ферромагнитного слоя, поскольку он определяет однородность значения разности фаз сверхпроводящей волновой функции, набегающей между С-слоями в ферромагнитной прослойке, по площади сверхпроводящей структуры. Следовательно, для реализации практически значимых С/Ф/С-структур со сплавами на основе палладия в качестве Ф-слоя возникает необходимость определения условий (концентрации железа и температуры) установления в последнем однородного ферромагнитного состояния. Однако возможности метода рассеяния нейтронов для тонких пленок толщиной порядка 10 нм ограничены вследствие малого количества материала и малости сечения рассеяния. Соответственно, для проведения таких исследований требуются иные экспериментальные подходы и методы, чувствительные к магнитной неоднородности в таких материалах. Отметим здесь, что интегральные методы, такие, например, как магнитометрия или стационарный магнитооптический эффект Керра, дают средние по исследуемому объему величины и для исследования неоднородностей неприменимы. То же касается и метода ферромагнитного резонанса, затрагивающего лишь магнитоупорядоченную область. Возможной альтернативой являются нестационарные методы, в которых система сначала выводится из равновесия, а затем отслеживается ее релаксация. По числу и характеру эволюции релаксационных компонент можно судить о степени однородности системы. Одним из таких методов исследования неравновесной динамики в различных системах является фемтосекундная лазерная спектроскопия. Таким образом, целью данной работы является исследование методами оптической и магнитооптической фемтосекундной спектроскопии эволюции релаксационных откликов на импульсное фотовозбуждение тонкой пленки сплава Pd0.94Fe0.06 в температурном диапазоне, перекрывающем парамагнитное и ферромагнитное состояния.