Femtosecond laser-induced demagnetization in iron oxide nanostructures

Désaimantation induite par impulsions laser femtosecondes dans des nanostructures d'oxyde de fer

Erwan Terrier (1)

1 IPCMS - Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg

This work deals with spins and charges ultrafast dynamics in iron oxide. Thanks to a time-resolved magneto-optical Faraday effect measurements, we show the demagnetization time in an assembly of maghemite nanoparticles is faster than the demagnetization time in an assembly of magnetite nanoparticles. A superposition of thermalization times of electron and demagnetization times is observed in maghemite. This acceleration of the demagnetization time is interpreted as the effect of an enhancement of antiferromagnetic interactions in maghemite. The second part demonstrates the possibility to characterize the Verwey transition in a thin film of magnetite thanks to charges and spins dynamics signals. The ultrafast magnetization dynamic shows a temperature-dependent precession motion. Huge modifications of oscillations are visible on both side of Verwey temperature, reflecting an anisotropy change typical of this transition.

Ce travail de thèse traite de la dynamique ultrarapide de spins et de charges dans des oxydes de fer. Dans un premier temps, on montre à l'aide d'un montage pompe-sonde résolu en temps et exploitant l'effet Faraday magnéto-optique, que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de maghémite est plus rapide que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de magnétite. Une superposition des temps de thermalisation des électrons et de désaimantation est observée dans la maghémite. Cette accélération du temps de désaimantation est interprétée comme étant la conséquence d'un renforcement des interactions antiferromagnétiques dans la maghémite. La seconde partie prouve qu'il est possible de caractériser la transition de Verwey dans un film de magnétite grâce à des signaux de dynamique de charges et de spins. La dynamique ultrarapide d'aimantation se caractérise par un mouvement de précession dépendant de la température. D'importantes modifications des oscillations sont visibles de part et d'autre de la température de Verwey, reflétant un changement d'anisotropie caractéristique de cette transition.

Mots clés: Femtomagnetism; Magnetite; Maghemite; Nanoparticles; Démagnetization time; Exchange interaction; Verwey transition

Mots clés: Femtomagnétisme; Magnétite; Maghémite; Nanoparticules; Temps de désaimantation; Interactions d’échange; Transition de Verwey

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Erwan Terrier. Désaimantation induite par impulsions laser femtosecondes dans des nanostructures d'oxyde de fer. Matière Condensée [cond-mat]. Université de Strasbourg, 2016. Français. ⟨NNT : 2016STRAE010⟩. ⟨tel-01468536⟩