Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Spektrometer zur Messung der Magnetisierungsdynamik ferromagnetischer Filme und Mikrostrukturen entworfen und konstruiert. Das Spektrometer basiert auf induktiver Detektion durch miniaturisierte Wellenleiter. Es arbeitet sowohl im Frequenzbereich von 45 MHz bis 20 GHz mithilfe eines Vektor-Netzwerkanalysators, als auch im Zeitbereich mit einer Auflösung von 2 ps mit einem TDR Sampling-Oszilloskop (TDR: time domain reflectometry.
Es wurden mikrostrukturierte rechteckige und ringförmige Permalloy Elemente untersucht. In rechteckigen Mikrostrukturen mit systematisch variierenden Abmessungen wurden quantisierte Damon-Eshbach Spinwellen bis zur Ordnung n = 4 beobachtet. Es konnten nur Moden mit symmetrischen Modenprofilen detektiert werden. Dies wird zurückgeführt auf das homogene anregende Magnetfeld sowie auf die integrale induktive Detektion des Wellenleiters. Die Moden konnten mit einem theoretischen Modell aus der Literatur hervorragend beschrieben werden. Darüber hinaus wurde eine weitere Mode detektiert, die in einem Potenzialtopf für Spinwellen lokalisiert zu sein scheint, wie aus der Literatur bekannt ist. Der Mechanismus der Modenlokalisierung wurde diskutiert.
In ferromagnetischen Ringen wurde gezeigt, dass die quasistatischen Magnetisierungskonfigurationen eindeutig dem Absorptionsspektrum zuordenbar sind. Mithilfe eines äußeren Magnetfeldes kann auf diese Weise das Modenspektrum kontrolliert eingestellt werden. Ein Großteil der magneto-dynamischen Eigenschaften schmaler Ringe konnte mit einem in dieser Arbeit entwickelten phänomenologischen Modell quantitativ beschrieben werden. Es wurden experimentelle Hinweise auf eine Modenlokalisierung einiger Moden in verschiedenen Ringsegmenten gefunden, die weiterhin durch mikro-magnetische Simulationen bestätigt wurde und im Rahmen der Theorie der Dipol-Austausch-Spinwellen auch theoretisch erklärt werden konnte. Aufgrund der Lokalisierung spielt die Krümmung des Ringes für einige Moden eine untergeordnete Rolle, was die sehr gute Beschreibbarkeit mit dem phänomenologischen Modell begründet.
Weiterhin wurden asymmetrische Ringe untersucht. Ihre magnetodynamischen Eigenschaften ließen sich konsistent im Rahmen der Modenlokalisierung interpretieren. Es wurden experimentelle Hinweise darauf gefunden, dass asymmetrische Ringe immer denselben, durch das äußere Feld einstellbaren Drehsinn im Vortexzustand zeigen.
In the framework of this thesis a spectrometer for the measurement of high frequency dynamics of ferromagnetic thin films and microstructures has been designed and realized. The spectrometer is based on the inductive detection by miniaturized waveguides. It works in the frequency range between 45 MHz and 20 GHz as well as in the time domain with a resolution down to 2 ps. As a signal source and detector a vector network analyzer is used in the frequency domain and a TDR sampling oscilloscope in the time domain (TDR: time domain reflectometry).
With this spectrometer rectangular and ring shaped permalloy elements were investigated. In rectangular permalloy microstructures with systematically varied lateral dimensions quantized Damon-Eshbach spin wave modes were observed up to order n = 4. Only modes with symmetric mode profiles could be detected. This is due to the homogeneous excitation magnetic field and the integral inductive detection of the waveguide. The modes could be excellently described with a theoretical model from the literature. A further mode was detected, which is localized in a potential well for spin waves, as has been found recently. The mechanism of mode localization was discussed. It was shown that the high frequency absorption of ferromagnetic rings is unambiguously attributable to the magnetostatic magnetization configuration. By means of an applied field, the mode spectrum can thus be controlled. Many of the magnetodynamic properties of narrow ferromagnetic rings could be quantitatively described with a phenomenological model developed in this thesis. Experimental evidence for a localization of some modes in different ring segments was found. The observation was corroborated by micromagnetic simulations and could be confirmed in the frame work of the theory of dipole-exchange spin waves. Due to the localization the curvature of the ring plays only a subordinate role, which explains the satisfactory results of the phenomenological model.
Furthermore asymmetric rings were investigated. Their magnetodynamic properties could consistently be interpreted in the mode localization picture. Experimental observations imply that the vortex circulation direction of asymmetric rings is always the same coming from a particular saturation direction. It can thus be chosen by the direction of the initial saturating field.