Kurzfassung
In dieser Dissertation wird der Aufbau eines unter Ultrahochvakuumbedingungen
betriebenen MKM ( Magnetkraftmikroskope) sowie dessen Einsatz zur Untersuchung ultradünner
Kobaltfilme beschrieben. Das UHV-MKM bestand aus einem kommerziellen
Rastertunnel-Rasterkraftmikroskop, dessen Steuerungsprogramm zunächst an die
Erfordernisse der MKMie angepaßt wurde. Die benötigten magnetischen
Meßsonden wurden durch Aufbringen von Eisen- bzw. Kobaltschichten auf
kommerzielle Kraftmikroskopiespitzen im selben UHV-System hergestellt. Das
Mikroskop wurde zunächst an bekannten Proben wie einem
Bariumferrit-Einkristall, einem Granatfilm sowie einer
Kobalt/Platin-Multilagenstruktur getestet. Hierbei konnten sowohl die
magnetischen Domänen als auch die Domänenwände abgebildet werden.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Untersuchung der
magnetischen Domänenstruktur ultradünner Kobaltschichten. Die Schichten
wurden auf Silizium-(100)-Substraten sowie auf einem Gold-(111)-Einkristall
präpariert. Auf dem Siliziumsubstrat wuchs Kobalt als polykristalline Schicht
auf. In einem Dickenbereich von 8--30 nm (entsprechend 20--120 Monolagen (ML)
Kobalt (0001)) konnten Stachelwände beobachtet werden. Die
Magnetisierung lag somit in der Schichtebene. Unter der Krafteinwirkung der
Sondenspitze zeigten sich einerseits die berührten Bereiche in der Topographie
erhöht, andererseits wurden magnetische Domänen mit senkrecht zur
Probenoberfläche gerichteter Magnetisierung erzeugt.
Bei den Kobaltschichten auf Gold (111) wurde zunächst der
schichtdickenabhängige Wechsel der Magnetisierungsrichtung von senkrecht
zur Filmebene zu in der Filmebene beobachtet. Der
Übergang findet in einem Schichtdickenbereich von 4--5 ML statt. Insgesamt
wurde die magnetische Domänen- bzw. Domänenwandstruktur im Bereich von
1,8--40 ML abgebildet. Es zeigte sich ferner ein Einfluß von
Kohlenstoffkontaminationen auf die magnetische Struktur der Kobaltfilme.
Einerseits wurde der Zustand senkrechter Magnetisierung bis zu 18 ML
beobachtet. Andererseits entwickelte sich die magnetische Struktur mit
zunehmender Kohlenstoffbedeckung von in der Filmebene liegend zu
einer senkrechten Struktur zurück.
This thesis describes the development of a magnetic force microscope (MFM), operating under ultrahigh vacuum conditions (UHV), and its application to examine the magnetic domain structure of ultrathin Cobalt films. The UHV MFM mainly consists of a commercial scanning tunneling atomic force microscope (STM/AFM). The data aquisition software was adapted to perform MFM. The required magnetic sensors were prepared from commercial AFM cantilevers by evaporating thin layers of Iron or Cobalt onto the tip within the same UHV system. First, the MFM was tested by measuring well known samples as a bariumferrite single crystal, a garnet thin film and a Cobalt/Platinum multilayer structure. Thereby magnetic domains and domain walls could be observed. The main part of this work deals with the examination of the domain structure of ultrathin Cobalt films. The films were prepared onto Silicon (100) substrates and onto a Gold (111) single crystal. On the Silicon substrate the Cobalt grows as a polycrystalline film. Cross-tie domain walls were observed in a regime of 8--30 nm of Cobalt (equiv. to 20--120 monolayer (ML) of an epitaxial (0001) Cobalt film). This indicates, that the magnetization lies within the film plane. By touching the Cobalt film with the tip two effects were observed. The film expanded locally and magnetic domains with a perpendicular magnetization were induced. For the Cobalt films on Gold (111) first the thickness dependent change of the direction of the magnetic anisotropy turning from out-of-plane to in-plane was observed. The transition was found to occur at a thickness of 4-5 ML of Cobalt. The magnetic domain resp. domain wall structure was measured in a thickness of 1.8 - 40 ML. Furthermore, the influence of Carbon contamination on the magnetic structure was investigated. On one hand, the critical thickness of the magnetic transition was shifted up to 18 ML of Cobalt. On the other hand, a reorientation of the magnetic anisotropy from in-plane back to out-of-plane direction was found to occur with increasing carbon contamination.