Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird die Dynamik von Vortizes in weichmagnetischen Dünnfilmen untersucht. Es werden quadratische Mikrostrukturen als Untersuchungsobjekte herangezogen, in denen sich sogenannte Landau-Domänen-Muster bilden. Mithilfe hochfrequenter magnetischer Felder werden die Vortizes in eine gyrotrope Bewegung gezwungen, die sowohl spektroskopisch als auch durch Transmissionsröntgenmikroskopie studiert wird.
In einer analytischen Betrachtung kann der Vortex als Quasiteilchen aufgefasst werden, für das eine Bewegungsgleichung durch die Festlegung eines Einschlusspotentials aufgestellt werden kann. Für quadratische Mikrostrukturen wird mit parabolischen Potentialen unter Berücksichtigung von Korrekturen in der vierten Ordnung gerechnet. Vortizes, die durch ein statisches externes magnetisches Feld an den Rand der Mikrostruktur ausgelenkt werden, zeigen bei resonanter Anregung ellipsenähnliche Trajektorien. Die Trajektorien werden mit zeitauflösenden Transmissionsröntgenmessungen aufgenommen. Die Form der Trajektorien gibt Aufschluss über das dem Vortex zu Grunde liegende Potential. Der Vergleich von gemessenen und aus dem prognostizierten Potential berechneten Trajektorien zeigt Übereinstimmungen, die das Quasiteilchenmodell des magnetischen Vortex stützen.
Die Frequenz des magnetischen Feldes, bei der der Vortex resonant angeregt wird, ist über spektroskopische Messungen ermittelbar. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methode, in der das Faradaysche Induktionsgesetz ausgenutzt wird, um einzelne Mikrostrukturen zu spektroskopieren. Die Änderung der Streufelder des Magnetisierungsmusters wird mittels einer mikrometerskaligen Induktionsschleife detektiert. Mithilfe induktiver Messungen an Einzelelementen werden Einflüsse auf die Resonanzfrequenz, die von Unregelmäßigkeiten in der Mikrostruktur herbeigeführt werden, aufgelöst. Die über diese Messmethode ermittelten Spektren werden analytisch beschrieben.
Bei der Erhöhung der magnetischen Dämpfung in einer quadratischen Mikrostruktur mittels Implantation von Fremdatomen wird eine Elliptizität der Vortextrajektorie beobachtet, die aus der Bewegungsgleichung des Vortex vorhergesagt wird. Es existieren zwei Einstellungen der Ellipsenneigung der Vortextrajektorie, die von der Polarisation des Vortex abhängt. Weiterhin werden lokale Modifikationen durch Materialimplantation an einer weiteren quadratischen Mikrostruktur vorgenommen. Neben den veränderten magnetischen Parametern hat die Implantation eine leichte Absenkung der Schichtdicke zur Folge. Die Mikrostruktur wird so präpariert, dass bei resonanter Anregung der Vortex in einem Umlauf sowohl die implantierte als auch die nicht implantierte Region passiert. Mit zeitaufgelöster Transmissions-Röntgenmikroskopie ist eine drastische Änderung der Vortex Geschwindigkeit zu beobachten.
In this thesis the dynamics of vortices in thin soft-magnetic films are investigated. Squared microstructures are used as examination objects in which so-called Landau-domain patterns are formed. With high-frequency magnetic fields vortices are forced into a gyrotropic motion. The vortices are studied by means of spectroscopic methods as well as via transmission X-ray microscopy.
In an analytic treatment the vortex can be understood as quasiparticle for which an equation of motion can be formulated if a confining potential is defined. The calculations for squared microstructures are performed via parabolic potentials with fourth order corrections. Resonantly excited vortices, deflected by static external magnetic fields to the border of the microstructure, have ellipse-like trajectories. The trajectories are measured with time-resolving X-ray transmission microscopy. The shapes of the trajectories give information about the confining potential of the vortex. The coincidence between measured trajectories and trajectories calculated from the predicted potential justify the use of the quasiparticle model.
The frequency of the magnetic field that excites the vortex resonantly is determinable by spectroscopic measurements. This thesis presents a method in which the Faraday's law of induction is utilized to examine single microstructures spectroscopically. The change of the stray fields of the magnetization pattern is detected with a micrometer scaled induction loop. With the help of inductive measurements on single elements influences on the resonance frequency of the vortex, originating from irregularities in the microstructure, are resolved. The measured spectra are described analytically.
The implantation of foreign atoms leads to an increase of magnetic damping in the microstructure. As consequence of the higher damping vortex trajectories are observed that exhibit an eccentricity. The equation of motion for the vortex predicts the observed phenomenon. Two inclinations of the elliptical vortex trajectories exist that depend on the polarization of the vortex core. Further local modifications are prepared by material implantation on another squared microstructure. Beside changed magnetic parameters the implantation is accompanied by a slight reduction of the film thickness. The microstructure is prepared so that at resonant excitation the vortex passes both the implanted and the non-implanted region in one cycle. With time-resolving transmission X-ray microscopy a drastic change of the vortex velocity is observed.