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Elektronenmikroskopische Aufnahme eines magnetischen Nanodrahtes mit elektrischen Kontakten

Nanomagnetismus

Arbeitsgruppe 2.52

Profil

Nanomagnetismus

Die Arbeitsgruppe Nanomagnetismus beschäftigt sich mit der Rückführung der Messung nanomagnetischer Größen. Die Hauptarbeitsgebiete liegen aktuell im Bereich der Magnetisierungsdynamik, der lokalen Streufeldmessungen sowie im Bereich der magneto-thermoelektrischen Messungen an magnetischen Nanostrukturen.
 

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Forschung/Entwicklung

Magnetische Abbildung

Der Bereich Magnetische Abbildung befasst sich mit der Charakterisierung nanoskaliger magnetischer Strukturen durch magnetische Kraftmikroskopie (Magnetic Force Microscopy - MFM) ergänzt u.a. durch Messungen mittels einem SQUID-Suszeptometer und Magnetotransport.

Schwerpunkte der Arbeiten sind:

  • Entwicklung von quantitativer Feldmesstechnik auf nm-Skala.
    Dabei wurden zum Beispiel Verfahrens für die rückführbare Messung von Magnetisierung und Feldern auf Nanometer-Skala entwickelt [1].
  • Bereitstellung von Messtechnik für die Charakterisierung von Nanostrukturen [2].

 

[1] Sibylle Sievers, Kai-Felix Braun, Dietmar Eberbeck, Stefan Gustafsson, Eva Olsson, Hans Werner Schumacher, Uwe Siegner: “Quantitative measurement of the magnetic moment of individual magnetic nanoparticles by magnetic force microscopy” Small 8, 2675 (2012).

[2] X.K. Hu, S. Sievers, A. Müller, V. Janke, and H.W. Schumacher: “Classification of super domains and super domain walls in permalloy antidot lattices” Phys. Rev. B 84, 024404 (2011).

Magnetisierungsdynamik

Magnetische Speichermedien wie Festplatten und Magnetbänder spielen in der Speicherung digitaler Daten schon seit langem eine herausragende Rolle. Wie auch in anderen Bereichen der Informationstechnologie ist bei solchen Magnetspeichern eine rasante Entwicklung in Bezug auf Speicherdichte und Zugriffsgeschwindigkeit im Gange, deren Ende zwar immer wieder prophezeit wird, aber letztendlich noch nicht absehbar ist [1].

Eine neue mögliche Anwendung der magnetischen Datenspeicherung bietet das MRAM, das Magnetic Random Access Memory [2]. Das MRAM ist ein Festkörperspeicher in dem die digitale Information nicht, wie sonst üblich, in Form elektrischer Ladung gespeichert wird, sondern über die Orientierung der Magnetisierung in magnetischen Zellen. Eine Skizze eines solchen MRAM ist in Abbildung 1 gezeigt. Der Speicherzustand der magnetischen Zellen wird elektrisch z.B. über den Riesen-Magnetowiderstand (GMR) oder den Tunnel-magnetowiderstand (TMR) ausgelesen.

Abbildung 1: Skizze einer MRAM-Speichermatrix mit TMR-Speicherzellen (grün) und gekreuzten Leiterbahnen für den Schreibvorgang.

Zum Schreiben der Daten werden Strompulse angelegt, die die Speicherzellen über den sogenannten Spin-Transfer-Torque-Effekt schalten. MRAM erlauben neben der nichtflüchtigen Informationsspeicherung unter anderem auch noch einen schnellen Zugriff, eine hohe Integrationsdichte, eine unbeschränkte Anzahl von Schreib- und Lesezyklen und niedrige Betriebsspannungen. Diese Vielzahl von Vorteilen ermöglicht den MRAM einen sehr breiten Einsatzbereich als "universelle Speicherchips".

Ein wichtiger Punkt für die zukünftige Anwendung von Festplatten und MRAM ist die maximale Geschwindigkeit, mit der die digitalen Daten auf dem Speicher abgelegt werden können. Da der Schreibvorgang aber letztendlich immer auf die Ummagnetisierung einer magnetische Zelle hinausläuft, ist dieser Punkt auch direkt mit einer grundlegenden physikalischen Fragestellung verknüpft: Wie schnell lässt sich die Magnetisierung eines Ferromagneten umkehren?

Diese Fragestellung wird in den hier beschriebenen Arbeiten untersucht. Durch zeitaufgelöste Magnetotransportmessungen wird die ferromagnetische Präzessionsbewegung der Magnetisierung detektiert. Mit dieser Messmethode wird das ultra schnelle Schalten der Magnetisierung untersucht.

Literatur:

[1]    see e.g. Ed. Grochowski, HDD Roadmap, published online by Hitachi Global Storage inc., http://www1.hitachigst.com/hdd/hddpdf/tech/hdd_technology2003.pdf

[2]    S. S. P. Parkin, K. P. Roche, M. G. Samant, P. M. Rice, R. B. Beyers, R. E. Scheuerlein, E. J. O'Sullivan, S. L. Brown, J. Bucchigano, D. W. Abraham, Yu Lu, M. Rooks, P. L. Trouilloud, R. A. Wanner, und W. J. Gallagher, J. Appl. Phys. 85, 5828 (1999).

[3]    Andrew D. Kent and Daniel C. Worledge, NATURE NANOTECHNOLOGY, VOL 10, MARCH 2015. 

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Dienstleistungen

Die AG Nanomagnetismus bietet zur Zeit keine Dienstleistungen an.

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Informationen

Kontakt

Arbeitsgruppenleiter PD Dr. Hans Werner Schumacher
Tel.: 0531 592 2500
Fax: 0531 592 692500
E-Mail: Hans Werner Schumacher


Anschrift Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Arbeitsgruppe 2.52
Bundesallee 100
38116 Braunschweig

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