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Magnetkraftmikroskopie an selbstorganisierten magnetischen Nanostrukturen

18.02.2005

Die Entwicklungen im Bereich der magnetischen Datenspeichermedien zielen auf Datendichten der Größenordnung TBit/inch2. Parallel zur Entwicklung geeigneter Herstellungstechnologien muss auch die Messtechnik weiterentwickelt werden. In der PTB wird deshalb an der Entwicklung eines quantitativen Messverfahrens für die Analyse magnetischer Eigenschaften von Strukturen im Nanometerbereich gearbeitet. Dafür soll das bereits aufgebaute Magnetkraftmikroskop eingesetzt werden.

Bereits jetzt können Magnetfeldverteilungen mit einer räumlichen Auflösung von besser als 20 nm qualitativ abgebildet werden. Dies wird genutzt, um nanoskalige magnetische Strukturen zu charakterisieren und damit aktuelle Forschungstätigkeiten zu unterstützen: So wurden magnetische Fe- und Co-Partikel untersucht, die an der Universität Göttingen durch einen Selbstordnungsprozess hergestellt worden waren.

Bei diesem Verfahren werden Nanodrähte des entsprechenden Materials auf facettierten Oberflächen abgeschieden und anschließend thermisch behandelt, was zum Zerfall der Drähte führt. Die topographischen Untersuchungen mit dem Magnetkraftmikroskop zeigen, dass sich einzelne, fast kugelförmige Partikel bilden mit mittleren Durchmessern von ca. 200 nm (im Bild links). Mit dem Mikroskop kann auch die magnetische Struktur der Partikel aufgelöst werden: Die einzelnen Nanokugeln sind bereits vor dem Anlegen eines äußeren Feldes magnetisiert. Die Magnetisierung zeigt aber zunächst keine ausgeprägte Vorzugsrichtung. Durch Anlegen eines äußeren Feldes lassen sich die Momente der Partikel jedoch remanent in der Ebene oder senkrecht zur Oberfläche ausrichten. Dies führt zum Auftreten magnetischer Pole unterschiedlichen Vorzeichens, die als helle oder dunkle Bereiche abgebildet werden (im Bild rechts). Einzelne Datenbits können in solchen Partikeln somit in Form unterschiedlicher Magnetisierungsrichtungen abgespeichert werden.


Co-Nanopartikel auf einer facettierten Oberfläche (links) und remanent magnetisierte Fe-Nanopartikel nach Anlegen eines Magnetfeldes H (rechts)