We examined the photo-induced dynamics of ferromagnetic Co/Pt thin films exhibiting perpendicular magnetic anisotropy by means of the resonant polar magneto-optical Kerr effect with element specificity. The investigation was conducted at Pt N6,7 and Co M2,3 edges using an x-ray free electron laser. The obtained results showed a clear element dependence of photo-induced demagnetization time scales: τdemag.Co=80±60fs and τdemag.Pt=640±140fs. This dependence is explained by the induced moment of the Pt atom by current flow from the Co layer through the interfaces. The observed magnetization dynamics can be attributed to the characteristics of photo-induced Co/Pt thin film phenomena including all-optical switching.

1.
A.
Kirilyuk
,
A. V.
Kimel
, and
T.
Rasing
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
2731
(
2010
).
2.
C. D.
Stanciu
,
F.
Hansteen
,
A. V.
Kimel
,
A.
Kirilyuk
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Itoh
, and
T.
Rasing
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
047601
(
2007
).
3.
S.
Mangin
,
M.
Gottwald
,
C.-H.
Lambert
,
D.
Steil
,
V.
Uhlíř
,
L.
Pang
,
M.
Hehn
,
S.
Alebrand
,
M.
Cinchetti
,
G.
Malinowski
 et al,
Nat. Mater.
13
,
286
(
2014
).
4.
C.-H.
Lambert
,
S.
Mangin
,
B. S. D. C. S.
Varaprasad
,
Y. K.
Takahashi
,
M.
Hehn
,
M.
Cinchetti
,
G.
Malinowski
,
K.
Hono
,
Y.
Fainman
,
M.
Aeschlimann
, and
E. E.
Fullerton
,
Science
345
,
1337
(
2014
).
5.
6.
J.
Stöhr
and
H. C.
Siegmann
,
Magnetism
(
Springer
Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg
,
2006
), p.
820
.
7.
M.
Malvestuto
,
R.
Ciprian
,
A.
Caretta
,
B.
Cäsaren
, and
F.
Parmigiani
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
053002
(
2018
).
8.
V.
López-Flores
,
N.
Bergeard
,
V.
Halté
,
C.
Stamm
,
N.
Pontius
,
M.
Hehn
,
E.
Otero
,
E.
Beaurepaire
, and
C.
Boeglin
,
Phys. Rev. B
87
,
214412
(
2013
).
9.
N.
Bergeard
,
V.
López-Flores
,
V.
Halté
,
M.
Hehn
,
C.
Stamm
,
N.
Pontius
,
E.
Beaurepaire
, and
C.
Boeglin
,
Nat. Commun.
5
,
3466
(
2014
).
10.
A.
Eschenlohr
,
M.
Sultan
,
A.
Melnikov
,
N.
Bergeard
,
J.
Wieczorek
,
T.
Kachel
,
C.
Stamm
, and
U.
Bovensiepen
,
Phys. Rev. B
89
,
214423
(
2014
).
11.
I.
Radu
,
C.
Stamm
,
A.
Eschenlohr
,
F.
Radu
,
R.
Abrudan
,
K.
Vahaplar
,
T.
Kachel
,
N.
Pontius
,
R.
Mitzner
,
K.
Holldack
 et al,
Spin
5
,
1550004
(
2015
).
12.
I.
Radu
,
K.
Vahaplar
,
C.
Stamm
,
T.
Kachel
,
N.
Pontius
,
H. A.
Dürr
,
T. A.
Ostler
,
J.
Barker
,
R. F. L.
Evans
,
R. W.
Chantrell
 et al,
Nature
472
,
205
(
2011
).
13.
K.
Takubo
,
K.
Yamamoto
,
Y.
Hirata
,
Y.
Yokoyama
,
Y.
Kubota
,
S.
Yamamoto
,
S.
Yamamoto
,
I.
Matsuda
,
S.
Shin
,
T.
Seki
 et al,
Appl. Phys. Lett.
110
,
162401
(
2017
).
14.
S.
Yamamoto
,
M.
Taguchi
,
T.
Someya
,
Y.
Kubota
,
S.
Ito
,
H.
Wadati
,
M.
Fujisawa
,
F.
Capotondi
,
E.
Pedersoli
,
M.
Manfredda
 et al,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
083901
(
2015
).
15.
C.
Boeglin
,
E.
Beaurepaire
,
V.
Halté
,
V.
López-Flores
,
C.
Stamm
,
N.
Pontius
,
H. A.
Dürr
, and
J.-Y.
Bigot
,
Nature
465
,
458
(
2010
).
16.
J. H.
Mentink
,
J.
Hellsvik
,
D. V.
Afanasiev
,
B. A.
Ivanov
,
A.
Kirilyuk
,
A. V.
Kimel
,
O.
Eriksson
,
M. I.
Katsnelson
, and
T.
Rasing
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
057202
(
2012
).
17.
K.
Yamamoto
,
Y.
Kubota
,
M.
Suzuki
,
Y.
Hirata
,
K.
Carva
,
M.
Berritta
,
K.
Takubo
,
Y.
Uemura
,
R.
Fukaya
,
K.
Tanaka
 et al,
New J. Phys.
21
,
123010
(
2019
).
18.
F.
Willems
,
C. T. L.
Smeenk
,
N.
Zhavoronkov
,
O.
Kornilov
,
I.
Radu
,
M.
Schmidbauer
,
M.
Hanke
,
C.
von Korff Schmising
,
M. J. J.
Vrakking
, and
S.
Eisebitt
,
Phys. Rev. B
92
,
220405
(
2015
).
19.
F.
Willems
,
C.
von Korff Schmising
,
D.
Weder
,
C. M.
Günther
,
M.
Schneider
,
B.
Pfau
,
S.
Meise
,
E.
Guehrs
,
J.
Geilhufe
,
A. E. D.
Merhe
 et al,
Struct. Dyn.
4
,
014301
(
2017
).
20.
S.
Valencia
,
A.
Kleibert
,
A.
Gaupp
,
J.
Rusz
,
D.
Legut
,
J.
Bansmann
,
W.
Gudat
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
1
(
2010
).
21.
S.
Valencia
,
A.
Gaupp
,
W.
Gudat
,
H. C.
Mertins
,
P. M.
Oppeneer
,
D.
Abramsohn
, and
C. M.
Schneider
,
New J. Phys.
8
,
254
(
2006
).
22.
J. L.
Erskine
and
E. A.
Stern
,
Phys. Rev. B
12
,
5016
(
1975
).
23.
S.
Mathias
,
C.
La-O-Vorakiat
,
P.
Grychtol
,
P.
Granitzka
,
E.
Turgut
,
J. M.
Shaw
,
R.
Adam
,
H. T.
Nembach
,
M. E.
Siemens
,
S.
Eich
 et al,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
109
,
4792
(
2012
).
24.
C.
La-O-Vorakiat
,
M.
Siemens
,
M. M.
Murnane
,
H. C.
Kapteyn
,
S.
Mathias
,
M.
Aeschlimann
,
P.
Grychtol
,
R.
Adam
,
C. M.
Schneider
,
J. M.
Shaw
 et al,
Phys. Rev. Lett.
103
,
257402
(
2009
).
25.
M.
Hofherr
,
S.
Moretti
,
J.
Shim
,
S.
Häuser
,
N. Y.
Safonova
,
M.
Stiehl
,
A.
Ali
,
S.
Sakshath
,
J. W.
Kim
,
D. H.
Kim
 et al,
Phys. Rev. B
98
,
174419
(
2018
).
26.
T.
Shishidou
,
S.
Imada
,
T.
Muro
,
F.
Oda
,
A.
Kimura
,
S.
Suga
,
T.
Miyahara
,
T.
Kanomata
, and
T.
Kaneko
,
Phys. Rev. B
55
,
3749
(
1997
).
27.
S.
Owada
,
K.
Togawa
,
T.
Inagaki
,
T.
Hara
,
T.
Tanaka
,
Y.
Joti
,
T.
Koyama
,
K.
Nakajima
,
H.
Ohashi
,
Y.
Senba
 et al,
J. Synchrotron Radiat.
25
,
282
(
2018
).
28.
T.
Ishikawa
,
H.
Aoyagi
,
T.
Asaka
,
Y.
Asano
,
N.
Azumi
,
T.
Bizen
,
H.
Ego
,
K.
Fukami
,
T.
Fukui
,
Y.
Furukawa
 et al,
Nat. Photonics
6
,
540
(
2012
).
29.
S.
Yamamoto
,
Y.
Kubota
,
K.
Yamamoto
,
Y.
Takahashi
,
K.
Maruyama
,
Y.
Suzuki
,
R.
Hobara
,
M.
Fujisawa
,
D.
Oshima
,
S.
Owada
 et al,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
57
,
09TD02
(
2018
).
30.
S.
Yamamoto
,
M.
Taguchi
,
M.
Fujisawa
,
R.
Hobara
,
S.
Yamamoto
,
K.
Yaji
,
T.
Nakamura
,
K.
Fujikawa
,
R.
Yukawa
,
T.
Togashi
 et al,
Phys. Rev. B
89
,
064423
(
2014
).
31.
Y.
Kubota
,
M.
Taguchi
,
H.
Akai
,
S.
Yamamoto
,
T.
Someya
,
Y.
Hirata
,
K.
Takubo
,
M.
Araki
,
M.
Fujisawa
,
K.
Yamamoto
 et al,
Phys. Rev. B
96
,
134432
(
2017
).
32.
S.
Owada
,
K.
Nakajima
,
T.
Togashi
,
T.
Kayatama
, and
M.
Yabashi
,
J. Synchrotron Radiat.
25
,
68
(
2018
).
33.
V. N.
Antonov
,
B. N.
Harmon
, and
A. N.
Yaresko
,
Phys. Rev. B
64
,
024402
(
2001
).
34.
S.
Grytsyuk
,
A.
Belabbes
,
P. M.
Haney
,
H.-W.
Lee
,
K.-J.
Lee
,
M. D.
Stiles
,
U.
Schwingenschlögl
, and
A.
Manchon
,
Phys. Rev. B
93
,
174421
(
2016
).
35.
M.
Battiato
,
K.
Carva
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. B
86
,
024404
(
2012
).
36.
A. J.
Schellekens
,
K. C.
Kuiper
,
R.
de Wit
, and
B.
Koopmans
,
Nat. Commun.
5
,
4333
(
2014
).
37.
G. M.
Müller
,
J.
Walowski
,
M.
Djordjevic
,
G.-X.
Miao
,
A.
Gupta
,
A. V.
Ramos
,
K.
Gehrke
,
V.
Moshnyaga
,
K.
Samwer
,
J.
Schmalhorst
 et al,
Nat. Mater.
8
,
56
(
2009
).
38.
M.
Battiato
,
K.
Carva
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
027203
(
2010
).
39.
K.
Carva
,
P.
Baláž
, and
I.
Radu
, in
Handbook of Magnetic Materials
(
Elsevier
,
2017
), Vol.
26
, pp.
291
463
.
40.
F.
Hellman
,
A.
Hoffmann
,
Y.
Tserkovnyak
,
G. S. D.
Beach
,
E. E.
Fullerton
,
C.
Leighton
,
A. H.
MacDonald
,
D. C.
Ralph
,
D. A.
Arena
,
H. A.
Dürr
 et al,
Rev. Mod. Phys.
89
,
025006
(
2017
).
41.
K.
Ikeda
,
T.
Seki
,
G.
Shibata
,
T.
Kadono
,
K.
Ishigami
,
Y.
Takahashi
,
M.
Horio
,
S.
Sakamoto
,
Y.
Nonaka
,
M.
Sakamaki
 et al,
Appl. Phys. Lett.
111
,
142402
(
2017
).
42.
J.
Honolka
,
T. Y.
Lee
,
K.
Kuhnke
,
A.
Enders
,
R.
Skomski
,
S.
Bornemann
,
S.
Mankovsky
,
J.
Minár
,
J.
Staunton
,
H.
Ebert
 et al,
Phys. Rev. Lett.
102
,
067207
(
2009
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.