Zaman çözünürlüklü manyeto-optik kerr etkisi deney düzeneğinin kurulması ve manyetik ince filmlerin manyeto optik dinamiklerinin incelenmesi
Setti̇ng up the time resolved magneto-optic kerr effect experi̇ments and investigation of magneto-optic dinamics of magnetic thin films
Yazar: ZİYA TABAK
Danışman: PROF. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU ; DOÇ. DR. EYÜP DUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Lazer optik sistem = Laser optic system ; Optik fizik = Optical physics

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, manyetik ince filmlerin manyeto optik dinamiklerinin incelenmesi için ultra hızlı zaman çözünürlüklü Manyeto Optik Kerr Etkisi (TR-MOKE) deney düzeneğinin kurulması ve seçilen bir referans örneği ile bu düzeneğin test edilmesidir. TR-MOKE deney düzeneğinde, örnek üzerine uygulanan bir manyetik alanın varlığında örneğe bir pompa ışını gönderilerek örneğin manyetizasyon veya demanyetizasyon durumu değiştirilir. Örneğin manyetizasyon durumundaki bu değişim, örnekten yansıtılan daha düşük enerji akısına sahip doğrusal kutuplu bir gözlem ışınının kutupluluğunda değişiklik meydana getirir. Gözlem demetinin kutupluluğunda meydana gelen değişimin, pompa ve gözlem demetleri arasındaki zaman farkına (yol farkına) bağlı olarak kaydedilmesi manyetizasyon dinamikleri hakkında bilgi verir.  
TR-MOKE deney düzeneğini kurmak için Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümünde bulunan Optik Malzemeler Araştırma Grubunun laboratuvarındaki femtosaniye lazer-yenilenebilir yükselteç sistemi kullanılmıştır. Femtosaniye lazer-yükselteç sistemi 800 nm dalga boyunda ve yaklaşık 2 mJ darbe enerjisine sahip, yaklaşık 50 fs süreli darbeler üretmektedir. Kurulan TR-MOKE deney düzeneğinin test edilmesi için literatürde daha önce manyeto optik dinamikleri çalışılmış bir örnek olan CoPt ince filmi tercih edilmiştir.  İlk olarak laboratuvarda daha önce kurulmuş olan statik MOKE deney düzeneği kullanılarak manyetik histerisizlik grafiği ölçülmüş ve referans örneğinin (CoPt) manyeto optik tepki gösterdiği kanıtlanmıştır. Yapılan bu ölçümler ile manyetik malzemenin kolay ekseni doğrultusunda uygulanan dış manyetik alan yönü ve büyüklüğü belirlenmiştir. Daha sonra da bu tez kapsamında kurulan TR-MOKE deney düzeneği ile malzemenin demanyetisazyon dinamikleri ölçülmüştür.TR- MOKE deneyinde, uygulan dış alan ile örnek yüzeyine 800 nm dalga boyunda pompa ışığı ve 400 nm dalga boyunda gözlem ışığı gönderilmiştir. Pompa ve gözlem demetleri arasındaki zaman farkına bağlı olarak kaydedilen MOKE sinyalleri (TR-MOKE sinyalleri) literatürdeki benzer CoPt ince film örnekleri ile yapılan deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve deney düzeneğinin doğru çalıştığı gösterilmiştir.

Abstract:
The aim of this thesis is to set up an ultra-fast time resolved Magneto Optical Kerr Effect (TR-MOKE)
experiments for the investigation of the magneto optical dynamics of magnetic thin films and to test this
setup with a selected reference sample. In the TR-MOKE test experiment, a pump beam is sent to the
sample to change the state of magnetization or demagnetization of the sample with the presence of
applied magnetic field on the sample. Altering magnetisation status of the sample creates a change in
polarization of linearly polarized probe beam with lower fulence reflected from the sample. Recording the
change in the polarization of the probe beam depending on the time difference (path difference) between
pump and probe beam provides information about the magnetization dynamics.
Femtosecond laser-regenerative amplifier system was used in the laboratory of the Optical Materials
Research Group at the Engineering Physics Department of the Faculty of Engineering of Ankara
University to set up the TR-MOKE experimental setup. The femtosecond laser-amplifier system produces
pulses at about 50 fs duration at a wavelength of 800 nm and a pulse energy about 2 mJ. In order to test
the TR-MOKE experimental setup, CoPt thin films were chosen as reference samples that magneto
optical dynamics are previously studied in the literature,. Firstly, magnetic hysterisis graph was measured
by using static MOKE experiment which was set up in the laboratory previouslt and the measurements
proved that the reference sample showes magneto optic response. With these measurements, the direction
and magnitude of the external magnetic field applied to the easy axis of the magnetic material were
determined. Then, the demagnetization dynamics of the material was measured with the TR-MOKE
experiment that was setup within the scope of this thesis. In TR-MOKE experiment, 800 nm wavelength
pump light and 400 nm wavelength probe light were sent to the sample surface with the applied external
field. The recorded MOKE signals (TR-MOKE signals) with respect to the time difference between the
pump and probe beams were compared with the results of experiments with similar CoPt thin film
samples in the literature and the test setup was shown to work correctly.