Abstract:

Die vorliegende Dissertation über Magnetisierungsdynamik in Nano- und Mikrometerstrukturen ist in zwei Bereiche gegliedert. Im ersten Teil wird der Spin-Transfer-Torque (SST) Effekt in (Co/Ni)-Multilagen untersucht, da diese besonders für die nicht flüchtige Datenspeicherung durch magnetoresistive Datenspeicher (MRAM) interessant sind. Die untersuchten Säulenstrukturen (50 nm x 300 nm x 18 nm) bestehen aus einer ferromagnetischen (Co/Ni)-(Co/Pt)-Multilagen-Schicht mit harter Magnetisierung (Polarisator) und einer weichmagnetischen (Co/Ni)-Multilagen-Schicht (Analysator), die durch eine nicht magnetische Cu-Schicht getrennt sind. Der SST-Effekt äussert sich durch magnetisches Schalten der Magnetisierung des Analysators und in einer stetigen Präzession dessen Magnetisierung. Eine gezielte Einstellung von beiden Zuständen ist möglich. Besonderer Vorteil der (Co/Ni)-Multilagen ist dabei die senkrechte Anisotropie, die die kritische Stromdichte für das magnetische Schalten erniedrigt und somit die Lebensdauer solcher Bauelemente verlängert. Zudem ist die Änderung des Riesenmagnetowiderstand (GMR) und die SST-Effizienz im Vergleich zu (Co/Pt)-Multilagen grösser. Eine weitere interessante Anwendung ist als nanoskalige Quelle für Mikrowellenstrahlung. Die Mikrowellenanregung mit einem Kurzschluss-Kabel ermöglicht eine Untersuchung der Eigenfrequenz bei stetiger Präzession der Magnetisierung, die über die Änderung des GMR-Effekts aufgrund der senkrechten Anisotropie nicht möglich ist. Im zweiten Teil wurde die Magnetisierungsdynamik in einzelnen ferromagnetischen Leiterbahnen mittels DC elektrischer Detektion der ferromagnetischen Resonanz untersucht. Der anisotrope Magnetowiderstand wird zur Untersuchung der Permalloy-Leiterbahn (1 μm/600 nm/300 nm x 20 nm x 78 μm) ausgenutzt. Ein maximaler Effekt wird in leichter und schwerer Richtung erwartet. Von besonderem Interesse sind neben der quasi uniformen Mode der Präzession die nicht uniformen Moden z.B. Spinwellen. Ein detailliertes Verständnis dieser ist für Anwendungen jeglicher Art entscheidend in denen Ummagnetisierungprozesse stattfinden. Durch eine systematische Untersuchung der Leiterbahn und ihrer relativen Orientierung bezüglich des externen Magnetfeldes konnte erstmals das Modenverhalten mit externem Magnetfeld senkrecht zur langen Leiterbahnachse mit dem einer parallelen Ausrichtung verglichen werden. Ein deutlich komplizierteres Modenverhalten ist entdeckt worden.