Interactions Between Current and Domain Wall Spin Structures

Abstract

In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen Strom und der Spinstruktur von Domänenwänden in den 3d-Ferromagneten Ni80Fe20 (Permalloy) und Co sowie in den halbmetallischen Ferromagneten Fe3O4 und CrO2 untersucht. Nanostrukturen aus diesen Materialien (Ringe, Drähte, Rechtecke etc.) verschiedener Größe und Dicke werden unter Einsatz von Molekularstrahlepitaxie, Elektronenstrahl-Lithographie, Lift-off-Technik sowie fokussiertem Ionenstrahl-Milling und chemischen Ätzprozessen hergestellt. Proben, die für Strominjektion und Magnetowiderstandsmessungen bestimmt sind, werden in einem Overlay-Prozess mit Goldkontakten elektrisch kontaktiert. Zunächst wird die Spinstruktur von Domänenwänden in diesen Materialien mit Hilfe von Photoemissionselektronenmikroskopie auf Basis von zirkularem Röntgendichroismus (XMCD-PEEM) mit Synchrotronstrahlung untersucht, weil bekannt ist, dass die Domänenwand-Spinstruktur den Magnetowiderstand beeinflusst und dass Spin-Transfer-Torque-Effekte in engem Bezug zur Spinstruktur stehen. Es ergeben sich Domänenwandtyp-Phasendiagramme für 180° Kopf-an-Kopf-Domänenwände, die mit Hilfe der Theorie des Mikromagnetismus bestätigt werden. Thermisch induzierte Wandtyp-Transformationen werden untersucht, die Wandbreite als Funktion der Strukturbreite ermittelt und die dipolare Kopplung benachbarter Domänenwände abgebildet. Die Domänenwand-Spinstrukturen und ihre Abhängigkeit von der magnetokristallinen Anisotropie in Fe3O4 und CrO2 Strukturen wird untersucht. Strom- und feldinduzierte Domänenwandverschiebung in NiFe-Strukturen wird bei variablen Temperaturen über Messung des Domänenwandbeitrages zum anisotropen Magnetowiderstand studiert. Die Messung der Joulschen Erwärmung durch Strom erlaubt, thermische Effekte von intrinsischen Spin-Torque-Effekten zu separieren. Die Domänenwandgeschwindigkeit und strominduzierte Transformationen der Domänenwand-Spinstruktur werden mit XMCD-PEEM bestimmt. In CrO2 werden die verschiedenen Magnetowiderstandsbeiträge temperaturabhängig ermittelt, die Joulsche Erwärmung durch Strom gemessen und stromunterstützte Domänenwandverschiebung bei tiefen Temperaturen untersucht.