Diese Arbeit untersucht Spinwelleneigenmoden in dreidimensionalen röhrenförmigen Spinwellenresonator-Systemen mit typischen Durchmessern von d = 3µm. Die eingesetzten experimentellen Methoden waren breitbandige Mikrowellenabsorptionsspektroskopie und zeitaufgelöste Kerr-Mikroskopie. Es werden ausgeprägte scharfe Moden beobachtet, die durch konstruktive azimutale Spinwelleninterferenz erklärt werden. Die entsprechenden Resonanzfrequenzen können dabei über eine Änderung der Probengeometrie, die räumliche Orientierung des externen Magnetfelds und die Ausrichtung des anregenden Feldes im Verhältnis zur Probe eingestellt werden.
Insbesondere werden drei Kernthemen untersucht:
In aufgerollten Permalloyfilmen mit einem spiralförmigen Querschnitt, die mit Hilfe eines Selbstorganisationsprozesses hergestellten wurden, werden charakteristische Resonanzen gefunden, welche mit azimutaler Spinwelleninterferenz erklärt werden. Die Resonanzen treten sowohl in axial als auch in longitudinal magnetisierten Proben auf und können gut mit einem analytischen Modell beschrieben werden. Dabei werden periodische Randbedingungen entlang der azimutalen Richtung und ein Parameter für die effektive Dicke eingeführt, um die Kopplung zwischen den überlappenden Sektionen innerhalb der Rolle zu modellieren. In transversal magnetisierten Proben wird die Entartung der Mode erster Ordnung aufgehoben. Dieses Verhalten ist durch Änderung der Richtung des externen Magnetfeldes relativ zu den Rollkanten einstellbar.
In Experimenten an Permalloy-beschichteten Glasnadeln, welche aus nur einer durchgehenden magnetischen Lage bestehen, werden charakteristische Moden gemessen die den Resonanzen von aufgerollten Permalloy-Filmen ähneln. Die Resonanzspektren von Nadeln mit verschiedenen Radien können mit dem analytischen Modell für azimutale Spinwelleninterferenz unter Verwendung der tatsächlichen Permalloy-Schichtdicke sehr gut beschrieben werden.
Ensembles von identischen aufgerollten Permalloy-Mikrostreifen mit der Breite w werden untersucht und die gemessenen Resonanzfrequenzen werden analytisch beschrieben. Diese Resonanzfrequenzen weisen eine Abhängigkeit von der Streifenbreite auf. Für Streifenensembles mit Breiten größer als w = 1.5µm werden die Spinwellenmoden aufgrund des transversalen Demagnetisierungseinflusses der Streifen zu niedrigeren Frequenzen verschoben. Für den Fall w < 1.5µm verhält sich das System ähnlich zu einem Ensemble aus Mikrostreifen mit vergleichbarer Breite.
This thesis studies the spin-wave eigenmodes in three-dimensional tubular spin-wave resonator systems with typical diameters of d = 3µm. The employed experimental techniques were broadband microwave absorption spectroscopy and time-resolved scanning Kerr microscopy. The detected modes are explained by constructive azimuthal spin-wave interference. The corresponding resonance frequencies can be tailored by changing the geometry of the magnetic structures, the orientation of the external magnetic field and the orientation of the excitation fields with respect to the specimen.
In particular, three core topics are investigated:
In experiments on permalloy coated needles, which consist of only one magnetic layer and do not show the spiral-shaped cross section of rolled-up films, characteristic modes are found which resemble the data obtained from rolledup permalloy films. The resonance spectra obtained from needles with different radii are well described by the analytical model for azimuthal spin-wave interference using the actual thickness of the coated permalloy.
Arrays of multiple and identical rolled-up permalloy stripes of the width w are investigated and the obtained resonance frequencies are modeled analytically. These resonance frequencies are found to be dependent on the width of the rolled-up stripes. For stripe arrays with widths above w = 1.5 µm, the mode frequency of the azimuthal modes is found to be shifted to lower frequencies by the stripes' transversal demagnetization influence. In the case w < 1.5µm, the system is found to behave similarly to planar stripes with comparable lateral dimensions.