Vortizes und Antivortizes in ferromagnetischen Materialien können durch Magnetfelder sowie spinpolarisierte Ströme als Quasipartikel angeregt und manipuliert werden. Diese Dissertationsschrift thematisiert die Magnetisierungsdynamik beider Konfigurationen innerhalb mikrostrukturierter Dünnfilme aus Permalloy (Ni80Fe20), genauer innerhalb eines Quadrates bzw. innerhalb des kreuzförmigen Teilbereiches einer Schleifenstruktur mit der Form einer Acht. Die Magnetisierung verbleibt vorwiegend in der Filmebene, folgt aber auch den lateralen Konturen der Strukturen. So kommt es im Falle des Quadrates zu einer strudelförmigen Magnetisierung, bekannt als Landau-Muster. Lediglich in einem kleinen Zentralbereich dreht sich die Magnetisierung aus der Ebene heraus und erreicht eine vollständige Verkippung im Symmetriezentrum. Die Polarisation des Vortex bestimmt diese Ausrichtung der Magnetisierung. Im Falle des Antivortex läuft die Magnetisierung aus zwei gegenüberliegenden Armen des Kreuzes in die Singularität ein bzw. in die übrigen Arme heraus. Die gyrotrope Eigenmode, d.h. die Gyration der Quasipartikel um die zentrale Gleichgewichtslage bzw. in dem durch die Struktur erzeugten Einschnürpotential, wird durch Magnetfelder und spinpolarisierte Ströme in Filmebene angeregt.
Ein neuer Messplatz zur Absorptionsspektroskopie erlaubt die Charakterisierung der Resonanzfrequenz im Bereich weniger hundert Megahertz. Die Gyromode eines Ensembles von Vortizes wird durch unidirektionale Felder angeregt und die Änderung der Resonanzfrequenz um die Raumtemperatur herum bzw. bei grob einem Drittel der Curie-Temperatur untersucht. Die Frequenz sinkt im gleichen Maße wie die Sättigungsmagnetisierung. Dieser Umstand wird in einem Teilchenmodell nach Thiele diskutiert. In diesem Modell wird weiterhin die resonante Anregung von Vortizes oder Antivortizes durch rotierende Magnetfelder oder durch rotierende Spinströme gegenübergestellt. Dabei zeigt sich, dass Feld und Spinstrom nur im Falle von Antivortizes in gegensätzlichem Rotationssinn in die Gyromode einkoppeln. Das Feld muss entgegengesetzt zum intrinsischen Rotationssinn der Gyromode, der spinpolarisierte Strom aber mit dem intrinsischen Rotationssinn drehen, um die resonante Gyration zu induzieren. Im Falle des Vortex müssen sowohl das Feld als auch der Spinstrom mit dem intrinsischen Rotationssinn der Gyromode drehen. Die experimentelle Untersuchung erfolgt durch die zeit- und ortsaufgelöste Röntgen-Transmissions-Mikroskopie. Die Gyromode wird resonant angeregt, durch Erhöhung der Anregungsstärke eine unidirektionale Polarisationsumkehr eingeleitet und die Umkehr durch nachfolgende Röntgen-Mikroskopie nachgewiesen.
Vortices and antivortices in ferromagnetic materials can be excited as quasiparticles and be manipulated by magnetic fields and spin-polarized currents. This thesis deals with the magnetization dynamics of both configurations within microstructured permalloy (Ni80Fe20) thin films, or more precisely, within a square and within the cross-shaped subarea of an "infinity" structure with the overall shape of an eight, respectively. The magnetization predominantly stays in-plane but also follows the lateral contour of the structures. Thus, there appears a curling magnetization in the case of the square, which is known as the Landau pattern. Only in a small center area, the magnetization tilts out of the plane reaching the full tilt on the axis of symmetry. The polarization determines the orientation of the out-of-plane magnetization of the vortex. In the case of the antivortex, the magnetization points towards the singularity in two opposing arms of the cross and away from it in the remaining arms, respectively. The gyrotropic eigenmode, i.e., the gyration of the quasiparticles around the centered equilibrium position within the confining potential of the structure, is excited by magnetic fields and spin-polarized currents in the plane of the magnetic film.
A new measurement setup to perform absorption spectroscopy gives the opportunity of characterizing the resonance frequency in the range of some hundreds of megahertz. The eigenmode of an ensemble of vortices is excited by unidirectional fields. The change of the resonance frequency around room temperature at about one third of the Curie temperature is investigated. It is shown that the frequency decreases by the same amount as the saturation magnetization does. This finding is discussed within a particle model based on the Thiele equation. Within this model, the resonant excitations of vortices or antivortices with circular-rotational fields or circular-rotational spin currents are compared with each other. It turns out that magnetic field and spin current only couple in an opposing sense of rotation in the case of antivortices. To induce resonant motion, the field must rotate against the intrinsic sense of gyration of the antivortex, whereas the spin current must rotate with the intrinsic sense. In the case of the vortex, both the field as well as the spin current have to rotate with the intrinsic sense of gyration. For experimental investigation, time- and space-resolved scanning transmission x-ray microscopy is used. The gyrotropic eigenmode is excited resonantly, unidirectional switching of the polarization is induced by increasing the magnitude of excitation, and evidence of the switching is provided by subsequent x-ray microscopy.