In all-optical pump-probe experiments on ferromagnetic layers, the determination of the temperature under the pump laser spot is crucial for a quantitative modeling of the magnetization dynamics. We present here a method to quantify this thermal gradient, exemplified on a (Ga, Mn)(As, P) ferromagnetic semiconductor layer on a GaAs substrate. To estimate the local steady-state temperature, we use the coercive field as a thermometer. The probe records the hysteresis cycle spatially across the hot spot, using the magnetic linear birefringence/dichroism of the sample. Our results are analyzed using the heat diffusion equation with two fitting parameters, the thermal conductivity of the layer/substrate sample and the thermal resistance between the substrate and the thermostat. This opens the way to a quantitative modeling of laser pulse-triggered magnetization dynamics in the presence of transient temperature effects.

1.
A.
Hoffmann
and
S. D.
Bader
,
Phys. Rev. Appl.
4
,
047001
(
2015
).
2.
A.
Khitun
,
M.
Bao
, and
K. L.
Wang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
264005
(
2010
).
3.
J.
Hohlfeld
,
T.
Gerrits
,
M.
Bilderbeek
,
T.
Rasing
,
H.
Awano
, and
N.
Ohta
,
Phys. Rev. B
65
,
012413
(
2001
).
4.
A. H. M.
Reid
,
G. V.
Astakhov
,
A. V.
Kimel
,
G. M.
Schott
,
W.
Ossau
,
K.
Brunner
,
A.
Kirilyuk
,
L. W.
Molenkamp
, and
T.
Rasing
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
232503
(
2010
).
5.
M.
van Kampen
,
C.
Jozsa
,
J.
Kohlhepp
,
P.
LeClair
,
L.
Lagae
,
W.
de Jonge
, and
B.
Koopmans
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
227201
(
2002
).
6.
D.
Wang
,
Y.
Ren
,
X.
Liu
,
J.
Furdyna
,
M.
Grimsditch
, and
R.
Merlin
,
Phys. Rev. B
75
,
233308
(
2007
).
7.
Y.
Hashimoto
,
S.
Kobayashi
, and
H.
Munekata
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
067202
(
2008
).
8.
J.
Qi
,
Y.
Xu
,
A.
Steigerwald
,
X.
Liu
,
J.
Furdyna
,
I.
Perakis
, and
N.
Tolk
,
Phys. Rev. B
79
,
085304
(
2009
).
9.
P.
Němec
,
E.
Rozkotová
,
N.
Tesařová
,
F.
Trojánek
,
E.
De Ranieri
,
K.
Olejník
,
J.
Zemen
,
V.
Novák
,
M.
Cukr
,
P.
Malý
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Phys.
8
,
411
(
2012
).
10.
S.
Shihab
,
H.
Riahi
,
L.
Thevenard
,
H. J.
von Bardeleben
,
A.
Lemaître
, and
C.
Gourdon
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
142408
(
2015
).
11.
A.
Kirilyuk
,
A.
Kimel
, and
T.
Rasing
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
2731
(
2010
).
12.
Y.
Liu
,
L. R.
Shelford
,
V. V.
Kruglyak
,
R. J.
Hicken
,
Y.
Sakuraba
,
M.
Oogane
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. B
81
,
094402
(
2010
).
13.
M.
Cubukcu
,
H. J.
von Bardeleben
,
K.
Khazen
,
J. L.
Cantin
,
O.
Mauguin
,
L.
Largeau
, and
A.
Lemaître
,
Phys. Rev. B
81
,
041202
(
2010
).
14.
A. J.
Ramsay
,
P. E.
Roy
,
J. A.
Haigh
,
R. M.
Otxoa
,
A. C.
Irvine
,
T.
Janda
,
R. P.
Campion
,
B. L.
Gallagher
, and
J.
Wunderlich
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
067202
(
2015
).
15.
G.
Astakhov
,
H.
Hoffmann
,
V.
Korenev
,
T.
Kiessling
,
J.
Schwittek
,
G.
Schott
,
C.
Gould
,
W.
Ossau
,
K.
Brunner
, and
L.
Molenkamp
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
187401
(
2009
).
16.
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
).
17.
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
).
18.
N.
Tesařová
,
P.
Němec
,
E.
Rozkotová
,
J.
Zemen
,
T.
Janda
,
D.
Butkovičová
,
F.
Trojánek
,
K.
Olejník
,
V.
Novák
,
P.
Malý
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Photonics
7
,
492
(
2013
).
19.
H.
Li
and
X.-H.
Zhang
,
Chin. Phys. Lett.
32
,
067501
(
2015
).
20.
Y.
Mitsumori
,
A.
Oiwa
,
T.
Supinski
,
H.
Maruki
,
Y.
Kashimura
,
F.
Minami
, and
H.
Munekata
,
Phys. Rev. B
69
,
033203
(
2004
).
21.
K. C.
Hall
,
J. P.
Zahn
,
A.
Gamouras
,
S.
March
,
J. L.
Robb
,
X.
Liu
, and
J. K.
Furdyna
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
032504
(
2008
).
22.
A.
Rosencwaig
,
J.
Opsal
,
W. L.
Smith
, and
D. L.
Willenborg
,
Appl. Phys. Lett.
46
,
1013
(
1985
).
23.
C.
Fretigny
,
J.-Y.
Duquesne
,
D.
Fournier
, and
F.
Xu
,
J. Appl. Phys.
111
,
084313
(
2012
).
24.
A. K.
Zvezdin
and
V. A.
Kotov
,
Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials
(
CRC Press
,
New York
,
1997
).
25.
A. V.
Kimel
,
G. V.
Astakhov
,
A.
Kirilyuk
,
G. M.
Schott
,
G.
Karczewski
,
W.
Ossau
,
G.
Schmidt
,
L. W.
Molenkamp
, and
T.
Rasing
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
227203
(
2005
).
26.
G. P.
Moore
,
J.
Ferré
,
A.
Mougin
,
M.
Moreno
, and
L.
Däweritz
,
J. Appl. Phys.
94
,
4530
(
2003
).
27.
M.
Cubukcu
,
H. J.
von Bardeleben
,
J. L.
Cantin
, and
A.
Lemaître
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
102502
(
2010
).
28.
U.
Welp
,
V. K.
Vlasko-Vlasov
, and
T.
Wojtowicz
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
167206
(
2003
).
29.
N.
Tesařová
,
P.
Nêmec
,
E.
Rozkotová
,
J.
Šubrt
,
H.
Reichlová
,
D.
Butkoviĉová
,
F.
Trojánek
,
P.
Malý
,
V.
Novák
, and
T.
Jungwirth
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
102403
(
2012
).
30.
D.
Fournier
, private communication (2016).
31.
R. O.
Carlson
,
G. A.
Slack
, and
S. J.
Silverman
,
J. Appl. Phys.
36
,
505
(
1965
).
32.
J.
Curiale
,
A.
Lemaître
,
G.
Faini
, and
V.
Jeudy
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
243505
(
2010
).
You do not currently have access to this content.