Kurzfassung
Neue Konzepte magnetischer Speicher nutzen den elektrischen Strom, um die Magnetisierung submikroskopischer magnetischer Elemente zu kontrollieren. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von spinpolarisierten Strömen mit der lokalen Magnetisierung. Ferromagnetische Mikro- und Nanostrukturen sind hergestellt und mittels elektrischer Messungen und Röntgen-Mikroskopie untersucht worden. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Dynamik magnetischer Domänenwände und Vortizes. Quasistatische Messungen des Magnetowiderstandes und Röntgen-Mikroskopie werden benutzt, um die Bewegung von Domänenwänden in Nanodrähten durch Felder und Ströme zu untersuchen. Der experimentelle Befund zeigt, dass die Struktur der Domänenwand das Haft- und Löseverhalten an Haftzentren bestimmt. Die Ablösewahrscheinlichkeit von Domänenwänden weist, für Anregungen mit Strompulsen variierender Länge, Oszillationen auf, die durch resonante Anregung der Domänenwande hervorgerufen werden. Die Dauer der Strompulse liegt im Nanosekundenbereich. Experimentell zeigt sich eine Abhängigkeit der Domänenwandbewegung von der Anstiegszeit von Strompulsen. Die Kraft auf Domänenwände, die durch den Spindrehmomentübertrag vermittelt wird, hängt von der Stärke des Stroms und von dessen zeitlicher Änderung ab. Die Kraft, die durch die zeitliche Änderung des Stromes hervorgerufen wird, skaliert mit der intrinsischen Dämpfungszeit der Domänenwand. Letztere ist in der Größenordnung von einigen Nanosekunden im untersuchten Material Permalloy (Ni80Fe20). Die Erzeugung von Domänenwänden in geraden Drähten durch das magnetische Feld eines Streifenleiters wurde abgebildet. Das lokal begrenzte Feld des Streifenleiters schaltet Teile der Magnetisierung des Nanodrahtes um und erzeugt dabei zwei Domänenwände. Die Dynamik von Domänenwänden und Vortices wurde mit zeitauflösender Röntgen-Mikroskopie untersucht. Die
Ergebnisse zeigen, dass Domänenwände und Vortices als Quasiteilchen behandelt werden können und deren Dynamik nicht nur durch das Spindrehmoment bestimmt ist, sondern auch durch das Magnetfeld, das den Strom begleitet. Eine phasensensitive induktive Messanordnung wird vorgestellt. Sie ist in der Lage, die Vortexdynamik einzelner Elemente zu detektieren.
New concepts of magnetic memories use electrical currents to control the magnetization in sub-micron magnetic elements. This thesis deals with the interaction of spin-polarized currents with the local magnetization. Ferromagnetic micro- and nanostructures are fabricated and are investigated by electrical measurements and X-ray microscopy. The work focusses on the dynamics of magnetic domain walls and vortices. Quasi-static magnetoresistance measurements and magnetic transmission X-ray microscopy are used to study the propagation of domain walls in nanowires by fields and currents. The experimental findings show that the domain wall structure determines the pinning and depinning at pinning sites. The depinning probability of domain walls exhibits oscillations for excitations with nanosecond long current pulses of varying length due to resonant stimulus of domain walls. Experiments reveal a dependence of domain-wall motion on the rise time of current pulses. The force on domain walls mediated by the spin-torque depends on the strength of the current and on its temporal change. The force due to the temporal change of the current scales with the intrinsic damping time of the domain wall. The latter is in the order of a few nanoseconds in the investigated material permalloy (Ni80Fe20). The generation of domain walls in straight wires by the magnetic field of a stripline is imaged. The localized field of the stripline switches a part of the magnetization of the nanowire and generates two domain walls. The dynamics of domain walls and vortices are studied by time-resolved X-ray microscopy. The results show that domain walls and vortices can be treated as quasi-particles and that their dynamics are not only determined by the spin torque but also by magnetic fields accompanying the current. A phase sensitive inductive measurement scheme is presented. It is capable to detect the vortex dynamics of single elements.