Ultra-fast Magneto-optics in Au/Co/Au

This manuscript deals with the topic of time-resolved magneto-optical properties of Au/Co/Au. The temporal resolution is sub-picosecond and the layer of cobalt is ultrathin (several atomic-layer thick). During this work, we built an experimental set-up of two-color pump-probe measurements which required the confection of a femtosecond optical source (OPA). Double-demodulation techniques provided the dynamical magneto-optical response of the system. Within the investigated spectral range, the Au/Co/Au system can be considered as a hybrid material as far as its non-linear magneto-optical properties are concerned : the temporal evolutions of transmission and reflection spectra are due to the dielectric constant of gold. The temporal evolutions of the complex Kerr rotation spectra can be mainly put on the account of the non-diagonal term of the dielectric tensor of cobalt. We demonstrated that the ultrathin cobalt layer deeply fastens the relaxation of the electronic gas in the multilayer system in comparison with the one in a gold layer. As regards to the magnetization relaxation, we noticed that no direct relation between the magnetization and the optical measurements exists in this ultra-fast regime. No instantaneous demagnetization in our system has been observed because of several agneto-optical effects that we discussed.Ce mémoire de thèse a pour sujet la dynamique en magnéto-optique du système Au/Co/Au avec une résolution temporelle sub-picoseconde, la couche de cobalt étant ultramince (quelques plans atomiques d'épaisseur). Au cours de ce travail, nous avons réalisé un dispositif expérimental de mesures pompe-sonde à deux couleurs, nécessitant la confection d'une source optique femtoseconde (OPA), et mis en oeuvre des techniques de double-démodulation pour déterminer la réponse magnéto-optique transitoire du système. Dans les gammes d'énergies de photon utilisées, le système Au/Co/Au se comporte du point de vue des propriétés magnéto-optiques non-linéaires comme un matériau hybride où les dynamiques de transmission et de réflexion sont dues à la constante diélectrique de l'or et les dynamiques de rotation Kerr complexe sont principalement dues au terme non diagonal du tenseur diélectrique du cobalt. Nous avons montré que la couche mince de cobalt accélère fortement la dynamique de relaxation du gaz électronique dans le système multicouches par rapport à celle dans un film d'or. En ce qui concerne la relaxation de de l'aimantation du cobalt, nous avons constaté qu'il n'y a pas de relation directe entre la dynamique des observables et celle de l'aimantation : nous n'avons pas réussi à identifier dans nos signaux une désaimantation transitoire car masquée par d'autres effets magnéto-optiques que nous avons discutés