Magnetization dynamics of ferromagnetic systems induced by mid infrared femtosecond laser pulses

La thèse s'intéresse à l'étude de la dynamique de désaimantation et de re-aimantation de systèmes ferromagnétiques légèrement excités au dessus du niveau de Fermi. Des impulsions laser femtosecondes dans le domaine spectral infrarouge (l = [3-10 m]) sont utilisés pour exciter des films de CoPt3, de Ni et de Co de quelques nanomètres d'épaisseur. La réponse magnéto-optique est ensuite détectée grâce à une impulsion sonde visible (l = 798 nm). Les résultats montrent que, même dans le cas particulier où les transitions intrabandes dominent, la thermalisation, la relaxation vers le réseau et ensuite vers l'environnement demeurent les mécanismes prédominants pour la dynamique des spins dans les films ferromagnétiques. La comparaison entre la dynamique de thermalisation d'un film de CoPt3 et de Ni a permis de mettre en évidence l'importance de la structure de bande pour interpréter la dynamique de thermalisation des spins dans les métaux de transition. Pour des configurations expérimentales particulières, nous avons montré qu il est possible d'induire un mouvement de précession amorti de l'aimantation autour du champ magnétique effectif. Le comportement de l'aimantation à ces échelles de temps a montré un bon accord avec le modèle théorique de Landau-Lifschitz Gilbert. La dynamique d'aimantation induite à 6.5 m dans un film de nickel a mis en évidence un comportement oscillatoire de période caractéristique égale à 2 ps. Ces oscillations sont indépendantes de l'angle du champ magnétique externe, de la densité d'excitation ainsi que de l'épaisseur du film. Nous avons attribué ce comportement à l'excitation d'un mode à 2-magnons dans le NiO par une onde acoustique générée dans le nickel.The aim of the study is to show how the ultrafast demagnetization and the subsequent rapid re-magnetization occur when exciting a ferromagnetic material with low energy infrared pulses. Towards that goal, we have used mid-infrared femtosecond laser pulses (l = [3-10 m]) to excite CoPt3, Ni and Co ferromagnetic thin films. The magneto-optical response is then probed in the visible (l = 798 nm). Our results show that even though only intraband transitions occur, the demagnetization process and its subsequent relaxation to the lattice and to the environnement are still the dominant processes involved in the magnetization dynamics.We also show that the material band structure is important to interpret the thermalization synamics of the spins that occur before the heating of the lattice. For specific experimental configurations, we show that it is possible to induce a motion of precession of the magnetization around the effectif magnetic field and observe it while it is damped. Such approach gives an accurate description of the precession dynamics that can be modelled with Landau-Lifschitz Gilbert equations. The magnetization dynamics induced at 6.5 m in nickel shows an oscillatory behaviour with a period of 2 ps. Those oscillations are indpendents from the external magnetic filed angle, the pump intensity and the film thickness. We attribute this result to the excitation of a two-magnons mode on the NiO by an acoustic mode generated in nickel