Einstellbarer Magnetismus mit Hilfe von Nanostrukturierung
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Einstellbarer Magnetismus mit Hilfe von Nanostrukturierung Joachim Gräfe1, Felix Haering2, Ulf Wiedwald4, Paul Ziemann2, Andreas Wallucks³, Maxim Skripnik3, Kristof Lebecki³, Ulrich Nowak3, Eberhard Goering1 , Gisela Schütz1 1Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Stuttgart 2Institut für Festkörperphysik, Universität Ulm, Ulm 3Fachbereich Physik, Universität Konstanz, Konstanz 4Fakultät für Physik, Universität Duisburg-Essen, Dusiburg Herstellung von Antidotgittern Motivation Magnetische Nanostrukturen mit Dimensionen im Bereich der charakteristischen Wechselwirkungen sind von großem Interesse: ¾ Modellsysteme für grundlagenphysikalische Untersuchungen ¾ Technologische Anwendungen in der Nanoelektronik ¾ Magnonische Gitter als einstellbare Frequenzfilter (Spinwellen) Mikroskopische Untersuchung der magnetischen Nanostrukturen sind notwendig, um magnetische Eigenschaften zu verstehen und gezielt beeinflussen zu können Ortsaufgelöste Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften auf der Milli- bis Nanometerskala: ¾ Magneto-optische Kerr-Mikroskopie ¾ Rasterröntgenmikroskopie mit XMCD-Kontrast ¾ Magnetische Rasterkraftmikroskopie ¾ Mikromagnetische Simulation Selbstorganisation von PS-Kugeln ÆPeriodizität a (60 – 500 nm) Homogenes Schrumpfen ÆAntidotgröße d (20 – 450 nm) Abscheidung eines Metallfilms ÆDicke t (5 – 100 nm) F. Haering et al.: Switching modes in easy- and hard-axis magnetic reversal in a self-assembled antidot array. In: Nanotechnology 24 (2013), 465709. J. Gräfe et al.: Application of Magneto-Optical Kerr Effect to First-Order Reversal Curve Measurements. In: Review of Scientific Instruments 85 (2014), 023901 J. Gräfe et al.: Perpendicular magnetisation from in-plane fields in nano-scaled antidot lattices. In: Nanotechnology 26 (2015), 225203. 1) 2) 3) Chemo-mechanisches Polieren Î Antidotgitter Methoden zur Messung von Magnetismus auf der Nanoskala Kerr Mikroskopie MOKE Mapping - Hc Rekonfigurierbarer Spinwellenfilter Einstellen des Ummagnetisierungsprozesses Variables externes Magnetfeld 90° 500 antidot lattice with next neighbour along 0° direction 60° Hc / Oe 450 400 30° 350 300 250 0° Stipline als Antenne für Hochfrequenzanregung -30° ([WHUQDO)LHOGP7 P7 P7 P7 -30 mT )UHTXHQF\*+] 80 ps (90°) 160 ps (180°) 240 ps (270°) 0 mT 0 ps (0°) Durchlassfeld erlaubt Ausbreitung von parallelen Spinwellenstrahlen (> 8μm) Sperrfeld blockiert Spinwellen innerhalb kurzer Distanz (< 0,8 μm) ÎMagnonischer Kristall / Antdiotgitter filtert Spinwellen MTXM FORC +240 mT Richtung nächster Nachbarn +11 mT MTXM +6 mT -60° -240 mT -90° +9 mT Antidotgitter ist magnonischer Kristall Î Bandlücke / verbotene Frequenzen für Spinwellen Bandlücke und Durchlassfrequenz lässt sich durch externes Feld einstellen Koerzitivfeld hängt von der Orientierung des Antidotgitters ab Anisotropie folgt der hexagonalen Symmetrie des Antidotgitters Unterschiedliche Ummagnetisierugnsprozesse für Magnetfelder entlang der Richtungen nächster und übernächster Nachbarn +15 mT )UHTXHQF\*+] 6SHFWUDO,QWHQVLW\DX Röntgenmikroskopie mit XMCD First-Order Reversal Curves 2 irreversible Schritte, wenn Domänen entlang leichter Richtung nukleieren 2 quasi-reversible Rotationsschritte Interaktionsfeld Hu durch kleine Bereiche (< Gitterkonstante), die innerhalb der Domäne rotieren und eine Nukleation begünstigen Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung der Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen des Kompetenznetzes “Funktionelle Nanostrukturen”.
