Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Herstellung ferromagnetischer Nanostrukturen mit Verfahren der Halbleitertechnologie
und deren Charakterisierung mit der Methode der magnetischen Kraftmikroskopie und der Mikro-Hallsondenmagnetometrie.
Letztere wurde im Laufe der Arbeit eingeführt.
Die Einleitung stellt im ersten Kapitel physikalische und technologische Aspekte der zu untersuchenden Strukturen vor.
Das zweite Kapitel befaßt sich mit den theoretischen Grundlagen zu magnetischen Nanostrukturen. Dazu werden die
verschiedenen Energiebeiträge und ihre Auswirkung auf den magnetischen Zustand qualitativ untersucht. Desweiteren wird anhand
des Stoner-Wohlfarth Modells quantitativ ihr Verlauf und das Auftreten der Hysteresekurve eines eindomänigen Ferromagneten
vorgestellt.
Im dritten Kapitel werden die verwendeten Präparationsverfahren zur Herstellung individueller Nanomagnete und von Arrays aus
solchen Partikeln vorgestellt. Im besonderen wird die Elektronenstrahllithographie und vor allem die Laserinterferenzlithographie
mit Erweiterungen in der Arbeit erfolgreich eingesetzt.
Das vierte Kapitel gibt einen Überblick über aktuelle Charakterisierungsmethoden. Die magnetische Kraftmikroskopie, als
ortsauflösendes Verfahren, wird genauer erläutert und ein einfaches Modell für den magnetischen Kontrast eines eindomänigen
Nanomagneten dargestellt.
Im fünften Kapitel werden die experimentellen Ergebnisse, die mit Hilfe der magnetischen Kraftmikroskopie erzielt wurden
vorgestellt. Eingeteilt werden die Messungen anhand der Vorzugsmagnetisierungsrichtung in Untersuchungen an sogenannten
'in-plane' und 'out-of-plane' Nanomagneten.
Das sechste Kapitel befaßt sich mit der Methode der Mikro-Hallsondenmagnetometrie, die in dieser Arbeit für die Untersuchung
magnetischer Nanopartikel adaptiert wurde. Zunächst wird detailliert der Herstellungsprozeß beschrieben. Daran schließt sich
eine Darstellung des Meßaufbaus und des Meßprinzips an. Ein weiterer Abschnitt befaßt sich mit den theoretischen Grundlagen
der Methode, und das für einen Nanomagneten erwartete Signal wird berechnet. Im letzten Teil werden die Meßergebnisse
sowohl an individuellen, isolierten Partikeln als auch an kleinen Arrays vorgestellt. Die Meßdaten der Arrays werden mit einem
Modell verglichen, das die Dipol-Dipol-Wechselwirkung der Nanomagnete berücksichtigt.
The present work deals with the preparation of magnetic nanostructures using semiconductor-processing technology and the characterization of these by magnetic force microscopy and micro-Hallmagnetometry. The latter investigation technique was developed in this work. The introduction in the first chapter describes physical and technological aspects of the investigated structures. The second chapter deals with the theoretical descriptions used for magnetic nanostructures. Therefore the different energy contributions and their influence on the magnetic state of the system are discussed qualitatively. Furthermore the origin and the shape of the hysteresis curve of a single domain ferromagnet is discussed quantitatively using the Stoner-Wohlfarth model. The third chapter describes the preparation of individual magnetic nanostructures and arrays of those particles. Electron beam lithography and especially the preparation using laserinterference lithography are described in detail. The fourth chapter gives a survey over current methods of magnetic characterization. The magnetic force microscopy as a locally resolved technique is discussed in detail. Using a simple dipole-model the calculated magnetic contrast of a single domain nanomagnet is presented. The fifth chapter presents the experimental results obtained using the magnetic force microscopy. The measurements are divided into 'in-plane' and 'out-of-plane' particles using the easy axis of the nanomagnets as a criteria. In the sixth chapter the micro-Hallmagnetometry is discussed. The method is adapted to the investigation of nanometer-sized magnetic structures in the present work. A detailed descricption of the preparation process is followed by the measuring setup and principle. The next part deals with the theoretical basics of the method and a calculation of the theoretically expected signal is given. In the last section the measuring results on the individual particles and the small arrays are presented. The array data is compared to a model, which takes account of the dipole-dipole interaction of the nanomagnets .