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Elektronenmikroskopische Aufnahme eines magnetischen Nanodrahtes mit elektrischen Kontakten

Messung der Magnetisierungsdynamik durch zeitaufgelösten Magnetotransport

Arbeitsgruppe 2.52

Das Prinzip des verwendeten Messaufbaus ist in Abbildung 2 skizziert. Um die ps-Magnetisierungsdynamik einer magnetischen Speicherzelle über den Magnetowiderstand messen zu können, wird die Zelle in einen koplanaren Wellenleiter (Detektionsleiter) eingebettet und von deren innerem Leiter kontaktiert. Der magnetische Feldpuls wird von einem zweiten Wellenleiter (Pulsleiter) erzeugt. Injiziert man mit einem elektrischen Pulsgenerator einen kurzen Strompuls, so wird an der Probe ein Magnetfeldpuls erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf des transienten Strompulses entspricht. Zur Kontrolle des Strompulses wird dieser nach Durchlaufen des Pulsleiters ausgekoppelt und mit einem Samplingoszilloskop mit 20 GHz Bandbreite aufgezeichnet.

Abbildung 2: Prinzipskizze des Magnetowiderstandsexperimentes
zur Messung der Magnetisierungsdynamik.

Zur Messung des Magnetowiderstandssignals wird die GMR/TMR-Probe von einem konstanten Strom durchflossen. Ändert sich nun aufgrund der Magnetisierungsdynamik der Probenwiderstand, so entsteht an der Probe ein Spannungspuls, der über die Detektionslinie von einem weiteren Kanal des Oszilloskops aufgezeichnet wird.

Abbildung 3 zeigt eine typische Messung der Präzession der Magnetisierung einer TMR-Zelle.

Der in (a) gezeigte Feldpuls HPulse hat eine Amplitude von 36 Oe und eine Dauer von 81 ps. Durch den Puls wird die Magnetisierung aus der Ruhelage ausgelenkt und präzediert anschließend um das effektive wirkende Feld Heff. In (b) ist die gemessene transversale Komponente der Magnetisierung mY zeitaufgelöst aufgetragen. Die gedämpfte Präzession mit einer Präzessions-frequenz von 4.45 GHz ist deutlich zu erkennen. Aus der Simulation der Messung erhält man einen effektiven Gilbert-Dämpfungsparameter von
α = 0.02.

Abbildung 3: Messung der Präzession der Magnetisierung einer TMR-Zelle. (a) Feldpuls mit 81 ps Dauer und 36 Oe Amplitude. (b) Messung und Simulation der gedämpften Präzession der freien Schicht aus den Magnetowiderstandsdaten.