Wechselwirkung einzelner Mikrostrukturen untersucht mittels Magnetotransport

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit werden magnetische Systeme reduzierter Dimension mittels Magnetotransport untersucht. Das Hauptkapitel befasst sich mit der magnetostatischen Wechselwirkung von einzelnen Permalloy-Rechtecken mit einem Aspektverhältnis von 2:1, die in einer linearen Wechselwirkungskette angeordnet sind. Die Rechtecke werden in einer FIB/SEM UHV-Kammer mit integriertem 4-Punkt-Magnetotransport-Messaufbau hergestellt und in situ gemessen. Durch die Flexibilität dieses Aufbaus ist es möglich, die magnetostatische Wechselwirkung abstandsabhängig und quantitativ mit einer Energieauflösung von 1 kJ/m³ zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass die Rechtecke eine Wechselwirkung aufweisen, obwohl sie sich in Remanenz im flußgeschlossenen Landau-Zustand befinden. Eine Erklärung für den Ursprung und den Mechanismus der Wechselwirkung wird mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen und einem analytischen Model gegeben. Zusätzlich wird ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanostrukturen mit senkrechter Anisotropie mittels fokusiertem Ionenstrahl vorgestellt. Dafür wird eine Schutzschicht aus Kohlenstoff eingesetzt, um den darunter liegenden Co/Pt-Film vor Ga+-Bombardierung zu schützen. Nach der Strukturierung kann die Kohlenstoffschicht durch ein Sauerstoffplasma wieder entfernt werden, wodurch sowohl optische als auch Magnetotransportuntersuchungen an den Strukturen möglich sind.

In this thesis magnetic properties of elements of reduced dimensions are investigated via magnetotransport measurements. In the main chapter the magnetostatic interaction of submicron permalloy rectangles with an aspect ratio of two is investigated by means of anisotropic magnetoresistance measurements. Preparation and analysis are performed in situ in an ultrahigh vacuum chamber equipped with a focused ion beam and a four-point magnetotransport setup. Due to the flexibility of the experimental setup the magnetostatic interaction is determined quantitatively varying the interelement distance down to 60 nm with an energy resolution of 1 kJ/m³. It is shown that rectangles can magnetostatically interact despite showing a flux closed Landau structure. The origin of the interaction is investigated by domain theoretical considerations and an analytical model. Additionally a method is presented which enables the structuring of magnetic nanostructures with an uniaxial anisotropy with an out-of-plane easy axis of magnetization via focused ion beam technique without destroying the perpendicular anisotropy. For this purpose a sacrificial layer of carbon is used to protect the magnetic film from Ga+-ion bombardment. The carbon layer can be removed after the structuring process via oxygen plasma enabling optical and magnetotransport investigations of the sample.