Investigation of effects of femtosecond laser pulses on spintronic structures

Abstract

This thesis is focused on a detailed investigation of the optically induced quench switching effect in different films of antiferromagnetic CuMnAs. The quench switching effect was recently discovered to be highly reproducible resistance switch- ing, which can be excited by electrical and optical laser pulses. This thesis com- pares the amplitude response to laser-induced quench switching for samples on the different substrate material, samples with different stoichiometries, and sam- ples with different thicknesses of CuMnAs film. The effects of different ratios between the laser spot and the size of the measured device are investigated, and position-dependent measurements are also presented. It is shown that resistivity change with optical excitation using a single 120 femtosecond laser pulse can, in ideal conditions, reach up to 15% at room temperature, which is comparable with the maximum signal obtained with electrical pulses. All of the measure- ments combined with current knowledge of quench switching illustrate the robust behavior of this mechanism across a wide range of conditions. 1

Cieľom tejto diplomovej práce je detailné preskúmanie efektu quench switchova- nia pomocou optickej excitácie na rozličných tenkých filmoch antiferomagnet- ického materiálu CuMnAs. Efekt quench switchovania spočíva v opakovateľných zmenách odporu, ktoré môžu byť vyvolané elektickými alebo optickými pulzami s dostatočnou energiou. Táto práca porovnáva amplitúdovú odozvu quench switchovania v závislosti na intenzite excitácie pre vzorky CuMnAs-u na rôznych substrátoch, narastené s rôznou stechiometriou a pri rôznych hrúbkach filmu. Skúma tiež koreláciu medzi veľkosťou laserového spotu a veľkosťou meraných štruktúr. V rámci tejto práce boli vykonané aj pozične závislé merania. Táto práca ukazuje možnosť dosiahnutia zmeny odporu až 15% z celkového odporu pri izbovej teplote pomocou excitácie jedným 120 femtosekundovým pulzom. Táto zmena odporu je priamo porovnateľná so zmenami vyvolanými elektrickými pulzami. Všetky tieto merania v spojení s už známym elektrickým popisom quench switchovania ukazujú robustnosť tohto efektu pri rozličných podmienkach. 1