In dieser Arbeit werden die magnetischen Eigenschaften von Mikro- und Nanostrukturen untersucht, welche als Modellsystem für Anwendungen in Speichermedien und medizinischen Anwendungen benutzt werden können. Die reduzierten Dimensionen der Nanostrukturen beeinflussen maßgeblich die magnetischen Eigenschaften und sind so verantwortlich für neue magnetischen Effekte, die in Vollmaterialien nicht bekannt sind. Diese magnetischen Eigenschaften werden mit Hilfe der SQUID- (Superconducting Quantum Interference Device) und der MOKE- (Magneto Optical Kerr Effect) Magnetometrie untersucht. Verschiedene Ansätze für die Herstellung derartiger Strukturen werden vorgestellt.
Als erstes werden bimetallische (NiPt) Nanopartikel mit einer Kugel- oder Würfelform präsentiert, die in einem nass-chemischen Syntheseverfahren hergestellt wurden. Diese Partikel zeigen in temperaturabhängigen Messungen ein superparamagnetisches Verhalten, welches durch ein charakterischtisches Maximum identifiziert wird. Dieses Verhalten ist bezeichnend für magnetische Partikel in der Größenordnung von einigen Nanometern. Weitere Messungen erlauben die Bestimmung einer generalisierten Anisotropiekonstanten der jeweiligen Proben.
Die magnetischen Eigenschaften von strukturierten dünnen magnetischen Filmen werden als zweites untersucht. Diese enstehen durch thermischen Verdampfen von magnetischem Material auf vorstrukturierten Templaten. Sie werden mittels Elektronenstrahl-Lithographie oder durch die Methode der Glancing Angle Deposition hergestellt. Die verschieden Moden der Magnetisierungsumkehr in ferromagnetischen Ringstrukturen und der Einfluss der Probengeometrie werden an diesen Strukturen untersucht.
Als drittes werden magnetische Nanoröhrchen untersucht, welche mittels einer Kombination der Glancing Angle~(GLAD) und Atomlagen (ALD) Deposition hergestellt werden. Die GLAD-Technik erlaubt die Abscheidung von Zylindern aus Silizium auf einem Substrat. Die ALD-Technik ermöglicht die atomlagengenaue Abscheidung von magnetischem Material auf den Silizium-Zylindern, um so magnetische Röhrchen herzustellen. Durch winkelabhängige Messungen wird ein Übergang zwischen verschiedenen Moden der Magnetisierungsumkehr bewiesen, welcher theoretisch vorhergesagt worden ist.
This dissertation deals with experimental investigations of magnetic micro- and nanostructures taken as model systems for data storage or biomedical applications. The reduced dimensionality in this kind of structures has a major influence on the magnetic properties and gives rise to novel effects unknown in bulk material. These effects, such as magnetization reversal modes and superparamagnetism and how shape and size affect them, are investigated by SQUID and MOKE magnetometry. Nanomagnets of various shapes and sizes are presented, each of which require the use of a specific preparative approach.
First of all, bimetallic (NiPt) nanoparticles of spherical and cubic shapes (radius approx. 3 nm) are investigated, synthesized by a wet organometallic route. These particles reveal an appearance of superparamagnetism. This behavior is typical for magnetic particles in this range of size. We find a relationship between a characteristic temperature dependence of the magnetization and the Ni content of the particles. Further measurements allow for the determination of a general anisotropy constant for each sample.
In a second approach, we investigate the magnetic properties of patterned thin magnetic films deposited by thermal evaporation on prepatterned templates. These have been realized by using e-beam lithography and a glancing angle deposition technique. The different reversal modes and the influence of the geometric shape on the magnetic properties are the focal point of this section.
In the third approach, magnetic nanotubes are produced by a combination of the glancing angle (GLAD) and atomic layer (ALD) deposition techniques. The first technique allows for the growth of Si columns on a substrate. This template is subsequently covered with magnetic material by atomic layer deposition. The angular dependent magnetic measurements reveal a transition between different reversal modes which has been theoretically predicted for magnetic nanotubes.