目前对计算机数据传输速率的要求不断提高。这就要求数据的读出过程需要较宽的电子传输带宽,写入过程需要较短的反转时间。目前的主要障碍在于写入过程,磁性存储装置中的磁性层转换特性限制了磁性装置速度的提高。为了克服这个困难,需要对磁性层在超快时间尺度内的动力学过程进行研究,得到其发生特性转换的时间,进而改进计算机中现有的磁性存储装置。因此,本文对典型的3d金属镍及其复合膜在飞秒激光下的超快热化过程进行了详细研究。首先,采用磁控溅射技术制备了不同厚度的Ni薄膜及其复合膜,对部分样品进行了500℃真空退火,利用扫描电子显微镜和原子力显微镜对退火前后的样品进行表征,发现退火后的薄膜结晶性增强了;对于Cu/Ni复合膜,较厚的Cu层使薄膜退火后的结晶性更好,晶粒多而均匀;退火使得复合膜Cu/Ni比Cr/Ni更有利于薄膜表面晶粒的生长。其次,对已制备好的薄膜样品,采用飞秒激光泵浦-探测技术测试了其在不同参数条件下的瞬态反射率信号,重点研究了泵浦光与探测光功率、散热层和退火对瞬态反射率曲线的影响,获得以下结论:受飞秒激光脉冲激发后,Ni薄膜瞬态反射率在约0.2ps时从稳定值突变至极值,随后有一个较缓慢的恢复过程,并且在15ps,30ps和45ps附近出现了应力回波产生的尖峰;泵浦光功率的升高,使得反射率变化率突变的幅值增大;探测光与泵浦光功率之比的减小可以提高系统的信噪比;不同散热层下薄膜瞬态反射率急剧下降的时间是一致的,但是具有较大电子比热容常数和强电子声子耦合常数的散热层如Cr更能提高瞬态热传导的散射效率。退火后的复合膜相比退火前在突变后的恢复过程进行得更快,Cu层较厚时退火后的瞬态反射率恢复率比Cu层较薄时大;相比Cr(40nm)/Ni(40nm),复合膜Cu(40nm)/Ni(40nm)具有较小的晶格失配率,退火更有利于后者内部电子和声子以扩散方式进行的热传递。最后,采用有限差分法对三温模型进行了数值求解,并对Ni薄膜和NiFe薄膜的超快热化过程进行了模拟。引进一个相当于自旋比热容常数的系数γ_s来描述自旋比热随自旋温度的变化趋势;结合实验对镍铁合金薄膜受激发后的反射率变化进行了模拟,发现镍薄膜电子温度峰值与激光功率几乎成正比,且修改后的模型相比原始模型得到的模拟结果与实验结果更接近;最后,对不同厚度的镍薄膜在飞秒激光作用下的热化动力学进行了分析,发现当薄膜厚度小于光透深度时,电子、自旋的峰值温度明显高于较厚薄膜,这与实验结果一致。