Kurzfassung
Aktuelle Konzepte zur Datenspeicherung und Datenverarbeitung, die auf magnetischen Domänen und entsprechenden Domänenwänden in Mikro- und Nanostrukturen basieren, haben starkes Interesse an magnetischen Relaxationsvorgängen auf mikroskopischen Längen- und Zeitskalen hervorgerufen. In dieser Arbeit werden Relaxationsprozesse mit nichttrivialer Stochastik experimentell für ferromagnetische Mikro- und Nanostrukturen in einem Temperaturbereich von Flüssighelium- bis Raumtemperatur untersucht.
Die Dämpfung einer einzelnen magnetischen Domäne, als die kollektive Relaxation eines kohärent angeregten kanonischen Ensembles von magnetischen Momenten, wird mit Hilfe von breitbandiger ferromagnetischer Resonanzspektroskopie untersucht. Mit der resonanten Antwort des magnetischen Systems auf externe Stimuli wird die Temperaturabhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung ermittelt und zeigt auf, dass diese bei tiefen Temperaturen von der üblichen theoretischen Beschreibung, dem Bloch'schen T^3/2 Gesetz, abweicht. Verschiedene Relaxationskanäle werden identifiziert, insbesondere intrinsische und extrinsische Dämpfungsprozesse, die quantitativ in Abhängigkeit von der Temperatur ausgewertet werden. Prinzipiell kann ein Ansteigen der extrinsischen mit gleichzeitigem Abfallen der intrinsischen Dämpfung mit fallender Temperatur als eine Umgestaltung der Energielandschaft des magnetischen Systems verstanden werden, bei der bei tiefen Temperaturen Oberflächen- und Grenzflächenstörungen stärker hervortreten.
Das stochastische Ablösen vereinzelter Domänenwände von einem stukturellen Defekt in einem ferromagnetischen Nanodraht wird mit Hilfe von ballistischer Hall-Mikromagnetometrie, als die Relaxation eines Quasiteilchens aus einem metastabilen Zustand, untersucht. Die Stochastik wird hinsichtlich des Néel-Brown-Modells und komplementären Markov-Modellen beschrieben, welche entweder einen elementaren trivialen oder elementare nichttriviale Ablösevorgänge darstellen. Im Experiment wie auch in der
Simulation werden intermediär haftende Zustände sukzessiver Ablösevorgänge identifiziert, welche dem Ablöseereignis vorangehen und einzelne Ablösepfade charakterisieren. Darüber hinaus sind erste experimentelle Bemühungen zur weiteren Untersuchung von ablösenden Domänenwänden bei störender oder unterstützender externer harmonischer Anregung erfolgreich umgesetzt worden.
Recent concepts for prospective memory and logic devices based on magnetic domains and associated domain walls in micro- and nanostructures have strongly motivated the investigation of magnetic relaxation dynamics on microscopic length and time scales. In this thesis, relaxation processes with nontrivial stochastics are studied experimentally for ferromagnetic micro- and nanostructures in a temperature range from liquid-helium to room temperature. The damping in an individual magnetic domain, as the collective relaxation of a coherently excited canonical ensemble of magnetic moments, is investigated by means of broadband ferromagnetic resonance spectroscopy. From the resonant response of the magnetic system to external stimuli, the temperature dependence of the saturation magnetization is assessed and reveals at low temperatures deviations from the conventional theoretical description, the Bloch T^3/2 law. Different relaxation channels are identified, particularly intrinsic and extrinsic damping processes that are quantitatively evaluated as a function of temperature. In principle, an increase of extrinsic damping with a simultaneous decrease of intrinsic damping with decreasing temperatures can be understood in terms of a reshaped energy landscape of the magnetic system, where at low temperatures surface and interface defects are more prominent. The stochastic depinning of individual domain walls from a structural defect in a ferromagnetic nanowire, as the relaxation of a quasiparticle from a metastable state, is studied by means of ballistic Hall micromagnetometry. The stochastics are discussed in terms of the Néel-Brown model and complementary Markov models, which represent either elementary trivial depinning or elementary nontrivial depinning schemes, respectively. In the experiments and simulations, intermediate pinned states of successive depinning schemes are identified that precede the depinning event and characterize individual depinning paths. Moreover, first experimental approaches to further investigate domain-wall depinning perturbed or assisted by external harmonic excitation have been successfully implemented.