We experimentally study magnetization dynamics in magnetic tunnel junctions driven by femtosecond-laser-induced surface acoustic waves. The acoustic pulses induce a magnetization precession in the free layer of the magnetic tunnel junction through magnetoelastic coupling. The frequency and amplitude of the precession show a pronounced dependence on the applied magnetic field and the laser excitation position. Comparing the acoustic-wave-induced precession frequencies with precession induced by charge currents and with micromagnetic simulations, we identify spatially non-uniform magnetization modes localized close to the edge regions as being responsible for the optically induced magnetization dynamics. The experimental scheme even allows us to coherently control the magnetization precession using two acoustic pulses. This might prove important for future applications requiring ultrafast spin manipulation. Additionally, our results directly pinpoint the importance of acoustic pulses since they could be relevant when investigating optically induced temperature effects in magnetic structures.

1.
Y.
Otani
,
M.
Shiraishi
,
A.
Oiwa
,
E.
Saitoh
, and
S.
Murakami
,
Nat. Phys.
13
,
829
(
2017
).
2.
A. V.
Kimel
,
A.
Kirilyuk
,
P. A.
Usachev
,
R. V.
Pisarev
,
A. M.
Balbashov
, and
T.
Rasing
,
Nature
435
,
655
(
2005
).
3.
N.
Bergeard
,
M.
Hehn
,
S.
Mangin
,
G.
Lengaigne
,
F.
Montaigne
,
M. L. M.
Lalieu
,
B.
Koopmans
, and
G.
Malinowski
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
147203
(
2016
).
4.
K.
Yamaguchi
,
M.
Nakajima
, and
T.
Suemoto
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
237201
(
2010
).
5.
K.
Shen
and
G. E. W.
Bauer
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
197201
(
2015
).
6.
M.
Foerster
,
F.
Macià
,
N.
Statuto
,
S.
Finizio
,
A.
Hernández-Mínguez
,
S.
Lendínez
,
P. V.
Santos
,
J.
Fontcuberta
,
J. M.
Hernàndez
,
M.
Kläui
, and
L.
Aballe
,
Nat. Commun.
8
,
407
(
2017
).
7.
G.-M.
Choi
,
C.-H.
Moon
,
B.-C.
Min
,
K.-J.
Lee
, and
D. G.
Cahill
,
Nat. Phys.
11
,
576
(
2015
).
8.
J. D.
Costa
,
S.
Serrano-Guisan
,
B.
Lacoste
,
A. S.
Jenkins
,
T.
Böhnert
,
M.
Tarequzzaman
,
J.
Borme
,
F. L.
Deepak
,
E.
Paz
,
J.
Ventura
,
R.
Ferreira
, and
P. P.
Freitas
,
Sci. Rep.
7
,
7237
(
2017
).
9.
Y.
Au
,
M.
Dvornik
,
T.
Davison
,
E.
Ahmad
,
P. S.
Keatley
,
A.
Vansteenkiste
,
B.
Van Waeyenberge
, and
V. V.
Kruglyak
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
097201
(
2013
).
10.
S.
Davis
,
A.
Baruth
, and
S.
Adenwalla
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
232507
(
2010
).
11.
V.
Sampath
,
N.
D'Souza
,
D.
Bhattacharya
,
G. M.
Atkinson
,
S.
Bandyopadhyay
, and
J.
Atulasimha
,
Nano Lett.
16
,
5681
(
2016
).
12.
O.
Kovalenko
,
T.
Pezeril
, and
V. V.
Temnov
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
266602
(
2013
).
13.
W.
Li
,
B.
Buford
,
A.
Jander
, and
P.
Dhagat
,
IEEE Trans. Magn.
50
,
37
(
2014
).
14.
J. W.
Kim
,
M.
Vomir
, and
J. Y.
Bigot
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
166601
(
2012
).
15.
A. V.
Scherbakov
,
A. S.
Salasyuk
,
A. V.
Akimov
,
X.
Liu
,
M.
Bombeck
,
C.
Brüggemann
,
D. R.
Yakovlev
,
V. F.
Sapega
,
J. K.
Furdyna
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
117204
(
2010
).
16.
J. V.
Jäger
,
A. V.
Scherbakov
,
B. A.
Glavin
,
A. S.
Salasyuk
,
R. P.
Campion
,
A. W.
Rushforth
,
D. R.
Yakovlev
,
A. V.
Akimov
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
92
,
020404
(
2015
).
17.
Y.
Yahagi
,
B.
Harteneck
,
S.
Cabrini
, and
H.
Schmidt
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
90
,
140405
(
2014
).
18.
J.
Janušonis
,
T.
Jansma
,
C. L.
Chang
,
Q.
Liu
,
A.
Gatilova
,
A. M.
Lomonosov
,
V.
Shalagatskyi
,
T.
Pezeril
,
V. V.
Temnov
, and
R. I.
Tobey
,
Sci. Rep.
6
,
29143
(
2016
).
19.
Z.
Zeng
,
K. H.
Cheung
,
H. W.
Jiang
,
I. N.
Krivorotov
,
J. A.
Katine
,
V.
Tiberkevich
, and
A.
Slavin
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
82
,
100410
(
2010
).
20.
S.
Serrano-Guisan
,
K.
Rott
,
G.
Reiss
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
, and
H. W.
Schumacher
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
087201
(
2008
).
21.
C.
Bayer
,
J. P.
Park
,
H.
Wang
,
M.
Yan
,
C. E.
Campbell
, and
P. A.
Crowell
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
69
,
134401
(
2004
).
22.
N.
Ogawa
,
W.
Koshibae
,
A. J.
Beekman
,
N.
Nagaosa
,
M.
Kubota
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
112
,
8977
(
2015
).
23.
C.
Wang
,
Y.-T.
Cui
,
J. A.
Katine
,
R. A.
Buhrman
, and
D. C.
Ralph
,
Nat. Phys.
7
,
496
(
2011
).
24.
A.
Pushp
,
T.
Phung
,
C.
Rettner
,
B. P.
Hughes
,
S.-H.
Yang
, and
S. S. P.
Parkin
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
112
,
6585
(
2015
).
25.
P.
Li
,
A.
Chen
,
D.
Li
,
Y.
Zhao
,
S.
Zhang
,
L.
Yang
,
Y.
Liu
,
M.
Zhu
,
H.
Zhang
, and
X.
Han
,
Adv. Mater.
26
,
4320
(
2014
).
26.
Z.
Zhao
,
M.
Jamali
,
N.
D'Souza
,
D.
Zhang
,
S.
Bandyopadhyay
,
J.
Atulasimha
, and
J. P.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
092403
(
2016
).
27.
H. F.
Yang
,
X. K.
Hu
,
N.
Liebing
,
J. D.
Costa
,
M.
Tarequzzaman
,
R.
Ferreira
,
S.
Sievers
,
M.
Bieler
, and
H. W.
Schumacher
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
232403
(
2017
).
28.
H.-C.
Wang
,
S.
Fleming
, and
Y.-C.
Lee
,
Appl. Opt.
48
,
1444
(
2009
).
29.
A.
Tavassolizadeh
,
K.
Rott
,
T.
Meier
,
E.
Quandt
,
H.
Hölscher
,
G.
Reiss
, and
D.
Meyners
,
Sensors
16
,
1902
(
2016
).
30.
M.
Bombeck
,
A. S.
Salasyuk
,
B. A.
Glavin
,
A. V.
Scherbakov
,
C.
Brüggemann
,
D. R.
Yakovlev
,
V. F.
Sapega
,
X.
Liu
,
J. K.
Furdyna
,
A. V.
Akimov
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
85
,
195324
(
2012
).
31.
J.
Janušonis
,
C. L.
Chang
,
P. H. M.
Van Loosdrecht
, and
R. I.
Tobey
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
181601
(
2015
).
32.
R. D.
McMichael
and
B. B.
Maranville
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
74
,
024424
(
2006
).
33.
J. V.
Jäger
,
A. V.
Scherbakov
,
T. L.
Linnik
,
D. R.
Yakovlev
,
M.
Wang
,
P.
Wadley
,
V.
Holy
,
S. A.
Cavill
,
A. V.
Akimov
,
A. W.
Rushforth
, and
M.
Bayer
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
032409
(
2013
).
34.
E.
Schlömann
,
J. Appl. Phys.
31
,
1647
(
1960
).
35.
A.
Vansteenkiste
,
J.
Leliaert
,
M.
Dvornik
,
M.
Helsen
,
F.
Garcia-Sanchez
, and
B.
Van Waeyenberge
,
AIP Adv.
4
,
107133
(
2014
).
36.
J. M.
Shaw
,
T. J.
Silva
,
M. L.
Schneider
, and
R. D.
McMichael
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
79
,
184404
(
2009
).
37.
X. K.
Hu
,
H.
Dey
,
N.
Liebing
,
H. W.
Schumacher
,
G.
Csaba
,
A.
Orlov
,
G. H.
Bernstein
, and
W.
Porod
,
J. Appl. Phys.
117
,
243905
(
2015
).
38.
S.
Garzon
,
L.
Ye
,
R. A.
Webb
,
T. M.
Crawford
,
M.
Covington
, and
S.
Kaka
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
78
,
180401
(
2008
).
39.
D.
Bossini
,
S.
Dal Conte
,
Y.
Hashimoto
,
A.
Secchi
,
R. V.
Pisarev
,
T.
Rasing
,
G.
Cerullo
, and
A. V.
Kimel
,
Nat. Commun.
7
,
10645
(
2016
).
40.
J. W.
Kim
,
M.
Vomir
, and
J. Y.
Bigot
,
Sci. Rep.
5
,
8511
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.