Marcel Kohlmann

• All-optical helicity-dependent magnetization switching (AO-HDS) is a promising technique for data recording utilizing only ultrashort laser pulses. Simultaneously, it is one of the fastest known data recording methods. A bit of information is thereby deterministically written into the surface of the radiated ferromagnetic material by switching its magnetization state using the helicity of circularity polarized laser pulses. So far, the most suitable material for this method is granular FePt with grain sizes down to 4nm, usually grown into a carbon matrix as a surface layer on a substrate. The single FePt grains represent single-domain out-of-plane magnetizable storage units, which can be individually magnetized. This media, originally developed for application in heat-assisted magnetic recording (HAMR) devices, offers enormous potential regarding its data storage area density (AD). The strong coercive field of up to 4 T at room temperature makes it an ideal stable storage platform in end-user applications. This study explores the impact of the inverse Faraday effect (IFE) and magnetic circular dichroism (MCD) as driving forces in the AO-HDS process employing varying laser pulse wavelengths. The MCD ensures two distinct electron temperatures for opposite spins through different photon absorption. Therefore, oppositely oriented grain magnetizations are quenched disparately by one circular laser pulse helicity. This process generates a switching probability for one magnetization solely by theMCDand thermally induced spin-noise. Simultaneously, the IFE induces a magnetic moment within the material, elevating the switching probability further. The presented AO-HDS experiments using laser pulses shorter than 200 fs in the near-infrared spectral range from 800nm to 1500nm explore the influence of both effects on the resulting magnetization analyzed using Kerr microscopy. The experiments demonstrate that the switching efficiency significantly correlates to the absorbed energy density of the laser light.
• Eine vielversprechende Methode zur Datenspeicherung mit ultrakurzen Laserpulsen ist All-Optical Helicity-Dependent Switching (AO-HDS). Sie zählt zu den schnellsten bekannten Methoden zur Datenspeicherung, bei der ein Informationsbit deterministisch in das ferromagnetische Material geschrieben wird. Dabei definiert der Zustand der Magnetisierung einen Bit. Dieser Zustand wird durch die Polarisation des Laserpulses bestimmt und erzeugt. Das am häufigsten als Speichermedium verwendete Material für Festplatten ist granulares FePt. Die einzelnen FePt-Körner sind in einer Kohlenstoffschicht eingebettet, die sie voneinander trennt und gleichzeitig an der Oberfläche schützt. Jedes Korn ist ein eindomäniger Magnet und bildet somit eine individuelle magnetische Speichereinheit. Mit einer Koerzitivfeldstärke von bis zu 4 T sind diese Körner bei Raumtemperatur magnetisch stabil und daher ideal für Endnutzeranwendungen geeignet. In moderne Festplattenspeichern werden FePt Korngrössen von nur 4 nm eingesetzt und bieten somit ein enormes Potenzial für eine hohe Speicherdichte pro Fläche (AD). Diese Arbeit untersucht den Einfluss des inversen Faraday-Effekts (IFE) und des magnetischen zirkularen Dichroismus (MCD) als treibende Kräfte im AO-HDS-Prozess. Mit Pulslängen unter 200 fs wird dabei die Wellenlängenabhängigkeit beider Effekte im Bereich von 800 nm bis 1500 nm untersucht. Die entstehenden magnetisierten Bereiche werden anschließend mithilfe der Kerr-Mikroskopie analysiert. Der MCD führt dazu, dass Elektronen in den Körnern mit entgegengesetzter Ausgangsmagnetisierung unterschiedliche Temperaturen erreichen. Dadurch wird das Koerzitivfeld unterschiedlich stark reduziert. Thermisch induziertes Spinrauschen erzeugt somit verschiedene Schaltraten für die beiden Ausgangszustände. Zusätzlich induziert der IFE ein magnetisches Moment im Material, wodurch die Schaltwahrscheinlichkeit weiter erhöht wird. Die Wellenlängenabhängigkeit des IFE gibt Aufschluss darüber, wieviel induzierte Magnetisierung dieser zum Schaltprozess beiträgt. Diese Studie zeigt, dass die Effizienz der Magnetisierungsumschaltung signifikant von der absorbierten Energiedichte des Laserpulses abhängt.