We investigate the single-domain switching of magnetization with a femtosecond laser pulse in Co-doped iron garnet films using time-resolved magneto-optical imaging. This switching regime is achieved with a pump fluence that is two times lower than the fluence required for multi-domain switching. We observed the picoseconds magnetization dynamics of switching in a single bubble domain with a diameter of a few micrometers by tuning the pump laser fluence. This may provide opportunities for cold photo-magnetic recording in magnetic bits approaching the nano-size scale.
REFERENCES
1.
A. V.
Kimel
and
M.
Li
, Nat. Rev. Mater.
4
, 189
(2019
).2.
M. S.
El Hadri
,
P.
Pirro
,
C. H.
Lambert
,
S.
Petit-Watelot
,
Y.
Quessab
,
M.
Hehn
,
F.
Montaigne
,
G.
Malinowski
, and
S.
Mangin
, Phys. Rev. B
94
, 064412
(2016
).3.
J. W.
Liao
,
P.
Vallobra
,
L.
O'Brien
,
U.
Atxitia
,
V.
Raposo
,
D.
Petit
,
T.
Vemulkar
,
G.
Malinowski
,
M.
Hehn
,
E.
Martínez
,
S.
Mangin
, and
R. P.
Cowburn
, Adv. Sci.
6
, 1901876
(2019
).4.
S.
Mangin
,
M.
Gottwald
,
C. H.
Lambert
,
D.
Steil
,
V.
Uhlíř
,
L.
Pang
,
M.
Hehn
,
S.
Alebrand
,
M.
Cinchetti
,
G.
Malinowski
,
Y.
Fainman
,
M.
Aeschlimann
, and
E. E.
Fullerton
, Nat. Mater.
13
, 286
(2014
).5.
R.
Medapalli
,
D.
Afanasiev
,
D. K.
Kim
,
Y.
Quessab
,
S.
Manna
,
S. A.
Montoya
,
A.
Kirilyuk
,
T.
Rasing
,
A. V.
Kimel
, and
E. E.
Fullerton
, Phys. Rev. B
96
, 224421
(2017
).6.
C. D.
Stanciu
,
F.
Hansteen
,
A. V.
Kimel
,
A.
Kirilyuk
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Itoh
, and
T.
Rasing
, Phys. Rev. Lett.
99
, 217204
(2007
).7.
L.
Avilés-Félix
,
A.
Olivier
,
G.
Li
,
C. S.
Davies
,
L.
Álvaro-Gómez
,
M.
Rubio-Roy
,
S.
Auffret
,
A.
Kirilyuk
,
A. V.
Kimel
,
T.
Rasing
,
L. D.
Buda-Prejbeanu
,
R. C.
Sousa
,
B.
Dieny
, and
I. L.
Prejbeanu
, Sci. Rep.
10
, 5211
(2020
).8.
J.
Igarashi
,
Q.
Remy
,
S.
Iihama
,
G.
Malinowski
,
M.
Hehn
,
J.
Gorchon
,
J.
Hohlfeld
,
S.
Fukami
,
H.
Ohno
, and
S.
Mangin
, Nano Lett.
20
, 8654
(2020
).9.
M. L. M.
Lalieu
,
M. J. G.
Peeters
,
S. R. R.
Haenen
,
R.
Lavrijsen
, and
B.
Koopmans
, Phys. Rev. B
96
, 220411(R)
(2017
).10.
T. A.
Ostler
,
J.
Barker
,
R. F. L.
Evans
,
R. W.
Chantrell
,
U.
Atxitia
,
O.
Chubykalo-Fesenko
,
S.
El Moussaoui
,
L.
Le Guyader
,
E.
Mengotti
,
L. J.
Heyderman
,
F.
Nolting
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Itoh
,
D.
Afanasiev
,
B. A.
Ivanov
,
A. M.
Kalashnikova
,
K.
Vahaplar
,
J.
Mentink
,
A.
Kirilyuk
,
T.
Rasing
, and
A. V.
Kimel
, Nat. Commun.
3
, 666
(2012
).11.
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
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Itoh
,
A.
Kirilyuk
,
T.
Rasing
, and
A. V.
Kimel
, Nature
472
, 205
(2011
).12.
A.
Stupakiewicz
,
K.
Szerenos
,
D.
Afanasiev
,
A.
Kirilyuk
, and
A. V.
Kimel
, Nature
542
, 71
(2017
).13.
E. Y.
Vedmedenko
,
R. K.
Kawakami
,
D. D.
Sheka
,
P.
Gambardella
,
A.
Kirilyuk
,
A.
Hirohata
,
C.
Binek
,
O.
Chubykalo-Fesenko
,
S.
Sanvito
,
B. J.
Kirby
,
J.
Grollier
,
K.
Everschor-Sitte
,
T.
Kampfrath
,
C. Y.
You
, and
A.
Berger
, J. Phys. D: Appl. Phys.
53
, 453001
(2020
).14.
K.
Szerenos
,
A. V.
Kimel
,
A.
Maziewski
,
A.
Kirilyuk
, and
A.
Stupakiewicz
, Phys. Rev. Appl.
12
, 044057
(2019
).15.
A. H.
Bobeck
, Bell Syst. Tech. J.
46
, 1901
(1967
).16.
E. A.
Giess
, Science
208
, 938
(1980
).17.
J. W.
Nielsen
, IEEE Trans. Magn.
12
, 327
(1976
).18.
A. P.
Malozemoff
and
J. C.
Slonczewski
, Magnetic Domain Walls in Bubble Materials
(
Academic Press
,
New York
, 1979
).19.
X.
Zhang
et al. “Skyrmion-electronics: Writing, deleting, reading and processing magnetic skyrmions toward spintronic applications,” J. Phys. Condens. Matter
32
, 143001
(2020
).20.
N.
Novakovic-Marinkovic
,
M. A.
Mawass
,
O.
Volkov
,
P.
Makushko
,
W. D.
Engel
,
D.
Makarov
, and
F.
Kronast
, Phys. Rev. B
102
, 174412
(2020
).21.
N.
Ogawa
,
W.
Koshibae
,
A. J.
Beekman
,
N.
Nagaosa
,
M.
Kubota
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
, 8977
(2015
).22.
Q.
Zhang
,
L.
Xie
,
G.
Liu
,
S.
Prokhorenko
,
Y.
Nahas
,
X.
Pan
,
L.
Bellaiche
,
A.
Gruverman
, and
N.
Valanoor
, Adv. Mater.
29
, 1702375
(2017
).23.
J.
Yin
,
H.
Zong
,
H.
Tao
,
X.
Tao
,
H.
Wu
,
Y.
Zhang
,
L. D.
Zhao
,
X.
Ding
,
J.
Sun
,
J.
Zhu
,
J.
Wu
, and
S. J.
Pennycook
, Nat. Commun.
12
(1
), 3632
(2021
).24.
W.
Jiang
,
P.
Upadhyaya
,
W.
Zhang
,
G.
Yu
,
M. B.
Jungfleisch
,
F. Y.
Fradin
,
J. E.
Pearson
,
Y.
Tserkovnyak
,
K. L.
Wang
,
O.
Heinonen
,
S. G. E.
Te Velthuis
, and
A.
Hoffmann
, Science
349
, 283
(2015
).25.
K. W.
Moon
,
S.
Yang
,
T. S.
Ju
,
C.
Kim
,
B. S.
Chun
,
S.
Park
, and
C.
Hwang
, NPG Asia Mater.
13
, 20
(2021
).26.
K. S.
Antipin
,
T. T.
Gareev
,
N. V.
Myasnikov
,
E. P.
Nikolaeva
, and
A. P.
Pyatakov
, “Biopolar electric field-induced nucleation of magnetic domains in 90° domain walls,” J. Appl. Phys.
129
, 024103
(2021
).27.
A.
Ashkin
and
J. M.
Dziedzic
, Appl. Phys. Lett.
21
, 253
(1972
).28.
T.
Zalewski
and
A.
Stupakiewicz
, “Single-shot imaging of ultrafast all-optical magnetization dynamics with a spatiotemporal resolution,” Rev. Sci. Instrum.
92
, 103004
(2021
).29.
P.
Görnert
,
M.
Nevřiva
,
J.
Šimšová
,
W.
Andrä
,
W.
Schüppel
,
P.
Šumšál
, and
R.
Bubáková
, Phys. Status Solidi A
74
, 107
(1982
).30.
A.
Maziewski
, J. Magn. Magn. Mater.
88
, 325
(1990
).31.
A.
Stupakiewicz
,
K.
Szerenos
,
M. D.
Davydova
,
K. A.
Zvezdin
,
A. K.
Zvezdin
,
A.
Kirilyuk
, and
A. V.
Kimel
, Nat. Commun.
10
, 612
(2019
).32.
A.
Chizhik
,
I.
Davidenko
,
A.
Maziewski
, and
A.
Stupakiewicz
, Phys. Rev. B
57
, 14366
(1998
).33.
M.
Kisielewski
,
A.
Maziewski
, and
P.
Gornert
, J. Phys. D: Appl. Phys.
20
, 222
(1987
).34.
M.
Kisielewski
,
A.
Maziewski
, and
J. M.
Desvignes
, J. Magn. Magn. Mater.
140–144
, 1923
(1995
).35.
F.
Hansteen
,
A.
Kimel
,
A.
Kirilyuk
, and
T.
Rasing
, Phys. Rev. B
73
(1
), 014421
(2006
).36.
F.
Atoneche
,
A. M.
Kalashnikova
,
A. V.
Kimel
,
A.
Stupakiewicz
,
A.
Maziewski
,
A.
Kirilyuk
, and
T.
Rasing
, Phys. Rev. B
81
, 214440
(2010
).37.
A.
Frej
,
I.
Razdolski
,
A.
Maziewski
, and
A.
Stupakiewicz
, Phys. Rev. B
107
, 134405
(2023
).© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.