FAQ
© 2017 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute10.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-87689
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8768/


Magnetic skyrmions and spin spirals inultrathin films and canted magnetic fields

Magnetische Skyrmionen und Spinspiralen in ultradünnen Schichten und geneigten Magnetfeldern

Schmidt, Lorenz

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (16.697 KB) 


SWD-Schlagwörter: Dünne Schicht , Nanowissenschaften , Magnetismus , Physik
Freie Schlagwörter (Deutsch): Skyrmionen , Spinspiralen , Nanostrukturen , Nanomagnetismus , Domänenwände , Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung , geneigte Magnetfelder
Freie Schlagwörter (Englisch): Skyrmions , spin spirals , nanostructure , nanomagnetism , exchange interactions, Dzyaloshinskii-Moriya interaction , canted magnetic fields
Basisklassifikation: 33.75
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Wiesendanger, Roland (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.07.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 12.10.2017
Kurzfassung auf Englisch: The competition of exchange interaction, Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI), magnetic anisotropy and external magnetic fields leads to the emergence of non-collinear magnetic structures like spin spirals, chiral 360°-domain walls and skyrmions. Besides scientific interest, the possible applications in spintronics motivate the research on domain walls and skyrmions. In order to tailor systems for application it is necessary to understand how the properties of such systems depend on their chemical composition and nanostructure. Therefore, I investigate different ultra-thin films consisting of few atomic layers of iron, palladium and hydrogen on Ir(111) single crystals that exhibit non-collinear magnetic structures at low temperatures via scanning tunneling microscopy (STM) and spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM). Contrary to previous STM investigations, the use of a magnetic vector field makes it possible to resolve the complete three-dimensional magnetic structure. This reveals the sense of magnetization rotation, which is determined by the orientation of the DM vector. I determine the sense of magnetization rotation in the reconstructed areas of the second atomic layer of iron, in the single line areas of the third layer of iron and in the palladium-iron bilayer by application of canted fields. For this purpose, I employ well-known methods like SP-STM with field-dependent and field-independent STM tips but also non-spin-polarized STM involving a novel magnetoresistive effect, non-collinear magnetoresistance (NCMR). In case of the single line areas in the third layer of iron, I propose an isotropic micromagnetic model as an approximation for the observed anisotropic magnetism. Fits to single 360°-domain walls in a magnetic out-of-plane field yield a full set of micromagnetic parameters after estimating the saturation magnetization. For the palladium-iron bilayer, the influence of the film’s edge on the propagation direction of the spin spiral is investigated. Moreover, the propagation direction can be reoriented by field-cooling in magnetic in-plane fields. In addition, I deposited palladium on iron between the second and the fifth layer on Ir(111). A hydrogen superstructure was observed for the second iron layer. The fourth and fifth layer of iron with palladium islands on top behave like ferromagnets. Both hydrogen and palladium lead to an increase of the spin spiral period in the third atomic layer of iron. Hydrogen forms an isotropic superstructure in the second iron layer, which exhibits spin spirals as a ground state and skyrmions in magnetic out-of-plane fields.
Kurzfassung auf Deutsch: Das Zusammenspiel von Austausch- und Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung, sowie magnetischer Anisotropie und externer magnetischer Felder, führt zu verschiedenen nicht-kollinearen magnetischen Zuständen wie Spinspiralen, chiralen 360°-Domänenwänden und Skyrmionen. Außer durch akademisches Interesse, wird die Forschung an 360°-Domänenwänden und Skyrmionen durch mögliche Anwendungen in der Spintronik angetrieben. Um maßgeschneiderte Systeme herstellen zu können, ist es notwendig zu verstehen, wie die chemische Zusammensetzung sowie die Nanostruktur den Magnetismus bestimmen. Daher untersuche ich mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) nicht-kollineare magnetische Strukturen bei tiefen Temperaturen in ultradünnen Filmen, welche aus wenigen atomaren Lagen von Eisen, Palladium und Waserstoff auf Ir(111) Einkristallen bestehen. Im Gegensatz zu vorherigen Untersuchungen mit RTM nutze ich ein magnetisches Vektorfeld, das die vollständige Abbildung der magnetischen Struktur erlaubt. Damit ist auch der Magnetisierungsdrehsinn bestimmt, der von der Ausrichtung des Dzyaloshinskii-Moriya-Vektors abhängt. Ich bestimme den Magnetisierungsdrehsinn im rekonstruierten Teil der zweiten Eisenlage, in der Einzellinienstruktur der dritten Eisenlage und in der Palladium-Eisen Bilage durch die Verwendung von geneigten Magnetfeldern. Dazu nutze ich bekannte Vorgehensweisen, wie spinpolarisierte RTM mit Feld-unabhängigen und -abhängigen Spitzen, aber auch RTM mit Hilfe eines neuen magnetoresistiven Effekts, dem nicht-kollinearen Magnetowiderstand. Für den anisotropen Magnetismus der Einzellinienstruktur in der dritten Eisenlage stelle ich ein isotropes, mikromagnetisches Modell als Näherung vor. Aus der Form der 360° Domänenwände in Feldern senkrecht zur Probenebene und der Abschätzung einer Sättigungsmagnetisierung ergibt sich ein voller Satz mikromagnetischer Werte. In der Palladium-Eisen Bilage zeige ich wie die Ausbreitungsrichtung der Spinspirale im Grundzustand an den Filmrand gekoppelt ist. Eine Neuausrichtung der Ausbreitungsrichtung ist möglich durch in der Probenebene liegende magnetische Felder, die bereits beim Einkühlen der Probe anlagen. Zuletzt stelle ich die Ergebnisse der Bedampfung der zweiten bis zur fünften Eisenlage mit Palladium vor. Dabei entsteht eine durch Wasserstoff verursachte Struktur in der zweiten Eisenlage. Die vierte und fünfte Eisenlage sowie das Palladium darauf verhalten sich ferromagnetisch. Sowohl Wasserstoff als auch Palladium erhöhen die Periodenlängen der Spinspiralen in der dritten Eisenlage. Wasserstoff führt in der zweiten Eisenlage zu einer isotropen Struktur, deren magnetischer Grundzustand eine Spinspirale ist und durch magnetische Felder senkrecht zur Probe in Skyrmionen übergeht.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende