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Superdomänen in ferromagnetischen Schichten mit Lochgittern

09.12.2011

Die magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Dünnschichten sind für wichtige industrielle Anwendungen, wie zum Beispiel für Sensoren oder Datenspeicher, von größter Bedeutung. Erzeugt man in einer solchen Dünnschicht ein nur einige 10 Nano-
metern großes Loch, so ändern sich in der Umgebung des Loches die magnetischen Eigenschaften der Schicht. Eine periodische Anordnung der Löcher in einem Lochgitter ermöglicht, die magnetischen Eigenschaften der gesamten Schicht gezielt zu verändern.

In Gittern aus rechteckig angeordneten Löchern bildet sich in den einzelnen Gitterzellen eine Vorzugsmagnetisierung entlang einer der diagonalen Richtungen aus. Mit Magnetkraftmikroskopie und mikro­magnetischen Simulationsrechnungen wurde an Filmen mit unterschiedlichen Gitterparametern untersucht, wie sich die Magnetisierung in den einzelnen Zellen des Gitters bevorzugt zueinander ausrichtet. Dabei wurden zusammen­hängende Bereiche beobachtet, in denen die Magnetisierung aller benachbarten Zellen parallel ausge­richtet ist – sogenannte magnetische Superdomänen. Im Übergangsbereich benachbarter Superdomänen mit unterschiedlicher Aus­richtung bilden sich dabei sogenannte Superdomänenwände aus. Im Rahmen der Untersuchungen konnte nun erstmals gezeigt werden, dass in solchen Gittern zwei grundlegende Typen von Super-
domänenwänden auftreten. Sie lassen  sich anhand ihrer unterschiedlichen Energiedichte in hochenergetische (HE) und niederenergetische (LE für low energy) Superdomänenwände klassifizieren. Die magnetische Mikrostruktur dieser Superdomänenwände wurde mit Hilfe von Simulationsrechnungen über einen großen Bereich von Gitterparametern detailliert analysiert.

Die Ergebnisse der Untersuchungen hinsichtlich Stabilität, Mikrostruktur und Auftreten der beiden Typen von Super­domä­nen­wänden ermöglichen ein grund­legendes Verständnis des Einflusses künstlicher Defektstrukturen auf die magnetischen Eigenschaften nanostrukturierter Dünnschichten. Sie stellen damit einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum gezielten Design neuer magnetischer Materialien und Metamaterialien für Anwendungen in Sensorik und Datenspeicherung dar.

 

 

Bild 1:
Magnetkraftmikroskopische Aufnahme der Domänenstruktur in einem rechteckigen Lochgitter (Lochdurchmesser: 80 nm, Gitterkonstanten: Sx = 350 nm, Sy = 300 nm) in einer NiFe-Dünnschicht. Man erkennt Superdomänen, von denen einige exemplarisch gekennzeichnet sind (SD), sowie die dazwischenliegenden Superdomänenwände (SDW) hoher (HE-SDW) und niedriger Energiedichte (LE-SDW). Das eingefügte Bild zeigt die magnetische Mikrostruktur als Ergebnis einer mikromagnetischen Simulationsrechnung.

 

 

 

Ansprechpartner: S. Sievers
Fachbereich 2.5 : Halbleiterphysik und Magnetismus