Kurzfassung
Neue Konzepte für Speichermedien basieren auf der
stromgetriebenen Bewegung ferromagnetischer
Domänenwände in Nanostrukturen. Prominentestes
Beispiel hierfür ist der sogenannte Racetrack-Speicher,
vorgestellt von S. Parkin et al. Stromgetriebene
Domänenwandbewegung erregt seither großes
wissenschaftliches Interesse.
Die Legierung Permalloy (Ni80Fe20) wird oft zur Präparation
von Nanostrukturen
für Hochfrequenzexperimente in denen die Magnetisierung
entweder durch elektrische Ströme oder magnetische Felder
angeregt wird verwendet. Die genaue
Kenntnis der Materialparameter ist für das
Verständnis der Magnetisierungsdynamik unverzichtbar. In
dieser Arbeit werden dünne Permalloyschichten durch
DC-Magnetronsputtern und durch thermisches Verdampfen, teilweise mit
anschließendem Ausheilen, gewachsen. Der spezifische
Widerstand wird in Van-der-Pauw-Geometrie gemessen.
Punktkontakt-Andreev-Reflektion wird verwendet um die Spinpolarisation
der Schichten zu bestimmen. Die Topografie wird durch
Rasterkraftmikroskopie und die magnetische Mikrostruktur durch
Magnetkraftmikroskopie abgebildet. Transmissions-Elektronenmikroskopie
und Transmissions-Elektronenbeugung werden zur Feststellung der
atomaren Zusammensetzung, der Kristallstruktur sowie der Morphologie
durchgeführt. Mittels Ferromagnet-Resonanz-Spektroskopie
werden die Sättigungsmagnetisierung, die Anisotropie und der
Gilbert-Dämpfungsparameter ermittelt. Koerzitivfelder und
Anisotropie werden mithilfe von magnetooptischer Kerrmagnetometrie
gemessen. Die Summe dieser Ergebnisse ermöglicht die
Optimierung von Permalloy für Spintronik-Experimente.
Ein aufgedampfter gekrümmter Permalloynanodraht offenbart das
oszillatorische Verhalten der Ablösewahrscheinlichkeit der
resonant schwingenden Domänenwand mit der Dauer des
Strompulses aus dem rückstellenden Potential. Für die
Probenherstellung mit Permalloy das auf 280° C − 320° C
beheizte Substrate gesputtert wurde ist ein
subtraktiver Prozess notwendig, da durch die hohen Temperaturen der
Lack im Lift-Off-Verfahren nicht mehr gelöst werden kann.
Deshalb werden gekrümmte Drähte durch subtraktives
Ionenstrahlätzen bzw. RF-Sputterätzen aus
Permalloyfilmen hergestellt. Strominduzierte
Domänenwandexperimente mit diesen Proben ergeben niedrige
Ablösefelder unterhalb 1 mT und einen zuverlässigen
Ablöseprozess.
Novel storage concepts are based on the current-induced motion of
ferromagnetic domain walls in nanostructures, most prominently
represented by the racetrack memory invented by S. Parkin et al., so
that current-induced domain-wall motion is a subject of wide interest.
Permalloy (Ni80Fe20) is broadly used to prepare magnetic nanostructures
for high-frequency experiments where the magnetization is either
excited by electrical currents or magnetic fields. Detailed knowledge
of the material properties is mandatory for a thorough understanding of
its magnetization dynamics. In this work, thin Permalloy films are
grown by DC-magnetron sputtering on heated substrates and by thermal
evaporation, partially with subsequent annealing. The specific
resistance is determined by the van der Pauw method. Point-contact
Andreev reflection is employed to determine the spin polarization of
the films. The topography is imaged by atomic force microscopy, and the
magnetic microstructure by magnetic force microscopy.
Transmission-electron microscopy and transmission-electron diffraction
are performed to determine atomic composition, crystal structure, and
morphology. From ferromagnetic resonance absorption spectra the
saturation magnetization, the anisotropy, and the Gilbert damping
parameter are determined. Coercive fields and anisotropy are measured
by magneto-optical Kerr magnetometry. The sum of these findings enables
optimization of Permalloy for spintronic experiments.
An evaporated curved Permalloy nanowire reveals the oscillatory
behavior of the domain-wall depinning probability with current pulse
length due to the walls’ resonant motion in the restoring
potential. For sample preparation with Permalloy sputtered on heated
substrates a subtractive process is needed as due to the high
temperatures during deposition lift-off processing is impossible. For
that reason curved wires are fabricated by subtractive ion-milling and
RF-sputtering of Permalloy films sputtered on substrates heated to
280° C − 320° C. Current-induced domain-wall
experiments with subtractively prepared samples yield low depinning
fields below 1 mT and a reliable depinning process.