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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-88005
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8800/


Coherent soft X-ray magnetic scattering and spatial coherence determination

Kohärente magnetische Röntgenstreuung und räumliche Kohärenzbestimmung

Bagschik, Kai

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SWD-Schlagwörter: Röntgenstreuung , Magnetismus , Dünne Schicht , Kohärenz
Freie Schlagwörter (Englisch): Soft X-ray magnetic scattering , spatial coherence , magnetic thin films
Basisklassifikation: 33.68 , 33.75 , 33.05
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Oepen, Hans Peter (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.05.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 03.11.2017
Kurzfassung auf Deutsch: Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit zwei Themen aus dem Gebiet der kohärenten magnetischen Röntgenstreuung. Der erste Themenbereich beschäftigt sich mit der Ermittlung der räumlichen Kohärenzeigenschaften von Synchrotronstrahlung im weichen Röntgenbereich mit Hilfe von magnetischen Specklebildern. Dafür wurde ein resonantes magnetisches Röntgenstreuexperiment an der L3 Absorptionskante von Kobalt unter der Verwendung von Co/Pt Multilagenfilmen und CoPd Legierungsfilmen durchgeführt. Die erhaltenen magnetischen Specklebilder entstehen dabei durch Streuung an magnetischen Domänenstrukturen infolge des Röntgenzirkulardichroismus. In der Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die auf der Analyse der Fouriertransformation von magnetischen Specklebildern basiert und einen Zugang zur zweidimensionalen Darstellung der gegenseitigen Kohärenzfunktion verschafft. Dabei wird ausgenutzt, dass die Autokorrelationsfunktion von ungeordneten labyrinthartigen magnetischen Domänenstrukturen perfekt plane Flanken aufweist. Die Methode erlaubt die gleichzeitige Ermittlung der transversalen Kohärenzlänge in allen radialen Richtungen des einfallenden Strahls.
Der zweite Themenbereich befasst sich mit der Untersuchung und Charakterisierung von labyrinthartigen magnetischen Domänenstrukturen von Co/Pd Multilagenkeilen in Abhängigkeit der Kobaltdicke nahe bei und innerhalb des Spinreorientierungsübergangs. Resonante magnetische Röntgenstreuung wird benutzt um die durch die Schichtdickenänderung hervorgerufene Veränderung der magnetischen Mikrostruktur zu untersuchen. Die aus den CCD Bildern extrahierten radialen Streuintensitätsprofile der magnetischen Domänenstrukturen zeigen Veränderungen der Peak-position, Breite und Intensität als Funktion der Kobaltschichtdicke. Um dieses Verhalten zu erklären wird ein Model vorgestellt, welches eine Beschreibung von ungeordneten labyrinthartigen magnetischen Domänenstrukturen ermöglicht. Das Model basiert auf synthetischen eindimensionalen Domänenstrukturen mit gammaverteilten Domänengrößen um signifikante Domänengrößenvariationen mit einzuschließen. Beschrieben wird das Model durch die mittlere Domänengröße, der Domänenwandbreite und dem Formparameter der Verteilungsfunktion, wobei gezeigt wird, dass dieser charakteristisch für eine bestimmte Domänenstrukturgeometrie ist. Als Anwendungsfall für das Model werden die Ergebnisse genutzt um schichtdickenabhängige Anisotropien der Co/Pd Multilagenkeile zu bestimmen.
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis mainly two topics in the field of coherent X-ray magnetic scattering are addressed. The first topic deals with the determination of spatial coherence properties of synchrotron radiation in the soft X-ray range by means of magnetic speckle patterns. For this purpose an X-ray resonant magnetic scattering experiment at the L3 absorption edge of cobalt has been performed using Co/Pt multilayers and CoPd alloy films. The obtained magnetic speckle patterns arise from scattering at magnetic domain patterns due to the X-ray magnetic circular dichroism. A method is introduced that is based on the analysis of the Fourier transform of magnetic speckle patterns and gives access to the two-dimensional representation of the mutual coherence function. It exploits the fact that the autocorrelation function of a disordered magnetic maze domain pattern possesses perfectly flat side lobes. The method allows for the simultaneous determination of the transverse coherence length in all radial directions of the illuminating beam.
The second topic deals with the investigation and characterization of magnetic maze domain patterns of a wedge-shaped Co/Pd multilayer film as a function of cobalt thickness close to and within the spin-reorientation transition. The thickness-driven evolution of the magnetic microstructure is studied by means of X-ray resonant magnetic scattering. Magnetic diffraction patterns of the magnetic domain structures as a function of cobalt thickness are extracted from the CCD images. The radial profiles of the scattering intensity reveal variations of the peak position, width and amplitude. For the interpretation of the changing intensity profiles a model has been developed to describe highly disordered maze domain patterns. The model is based on a synthetic one-dimensional domain pattern with gamma-distributed domain sizes to imply the significant domain size variations. It is described by the mean domain size, the domain-wall width, and the shape parameter of the gamma distribution that is found to be characteristic for a certain pattern geometry. As a proof of principle the obtained information from the scattering experiment is used to determine thickness-dependent anisotropies of the wedge-shaped Co/Pd multilayer.

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