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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-97861
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9786/


Magnetische Eigenschaften von einzelnen Co/Pt- und Co-Nanostrukturen

Magnetic properties of individual Co/Pt and Co nanostructures

Thönnißen, Carsten

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Magnetische Anisotropie , Magnetismus , Nanostruktur , Nanomagnet , Koerzitivfeldstärke
Freie Schlagwörter (Deutsch): Magnetotransport
Freie Schlagwörter (Englisch): magnetotransport
Basisklassifikation: 33.05 , 33.75 , 33.68 , 33.16 , 33.61
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Oepen, Hans Peter (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.07.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 13.06.2019
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit werden zwei verschiedene Arten (Kugeln und flache Zylinder) von eindomänigen magnetischen Nanostrukturen mittels des anomalen Hall-Effektes (AHE) untersucht. Im ersten Teil wird ein zylindrischer Nanopunkt mit einem Durchmesser von 45nm durch eine Kombination aus Lithographie- und Ätztechniken aus einem Pt/Co/Pt-Filmsystem hergestellt. Dieser befindet sich im Kreuzungsbereich eines Hall-Kreuzes aus Platin und besitzt eine leichte Achse der Magnetisierbarkeit senkrecht zur Probenebene. Das temperaturabhängige Schaltfeld wird gemessen und durch den Ausdruck von A. Garg analysiert. Zusätzlich wird auf die Temperaturabhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung eingegangen. Beim winkelabhängigen Schaltverhalten bei 80K ergeben sich Abweichungen vom Stoner-Wohlfarth-Modell, deren Ursprung mit theoretischen Überlegungen von Thiaville erklärt wird. Anschließend wird das thermische Schaltverhalten in Abhängigkeit eines destabilisierenden Magnetfeldes untersucht. Aus den Messungen lassen sich das magnetische Moment und die Temperaturabhängigkeit der Anisotropie abschätzen. Die experimentellen Ergebnisse werden zusätzlich mit Arbeiten von Kalmykov, Coffey und Brown analysiert und Abweichungen zwischen Experiment und Theorie werden festgestellt. Abschließend wird die Energiebarriere bei Annahme einer erweiterten Anisotropie numerisch berechnet und deren Einfluss auf das Schaltverhalten beschrieben. Die Anisotropie wird erweitert um Abweichungen vom SW-Modell erklären zu können.
Im zweiten Teil der Arbeit werden die Magnetisierungen von einzelnen Kobaltkugeln mit einem Durchmesser von ≈10nm untersucht. Die Proben werden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Professor Farle der Universität Duisburg/Essen hergestellt. In einem ersten Schritt werden von mir durch Lithographie- und Ätztechniken 5nm dicke Hall-Kreuze aus Platin hergestellt. Auf diese Hall-Kreuze werden von der Arbeitsgruppe von Professor Farle durch Tauchbeschichtung die Kobaltkugeln aufgebracht. Deren Position auf dem Hall-Kreuz und deren Größe werden durch SEM bzw. AFM-Aufnahmen bestimmt. Durch Magnetotransportmessungen wird das Ummagnetisierungsverhalten der Kobaltkugeln gemessen, wobei der AHE als Messsonde der Magnetisierung eingesetzt wird. Durch eine in dieser Arbeitsgruppe entwickelte Technik werden die einzelnen Ummagnetisierungsverhalten zweifelsfrei einzelnen Kobaltkugeln zugeordnet. Durch temperaturabhängige Messungen (2K-60K) des Umschaltverhaltens wird die senkrechte Anisotropie der Kobaltkugeln abgeschätzt. Der Umschaltprozess wird durch winkelabhängige Messungen untersucht und durch das „Curling“-Modell erklärt, während das Stoner-Wohlfarth-Modell und Domänenwandnukleation ausgeschlossen werden können.
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis, two different types (spheres and flat cylinders) of single-domain magnetic nanostructures are investigated by means of the anomalous Hall effect (AHE). In the first part, a cylindrical nanodot with a diameter of 45nm is milled out of a Pt/Co/Pt film system by a combination of lithography and etching techniques. The nanodot is located in the crossing region of a Hall cross made of platinum and has an easy axis of magnetization perpendicular to the sample plane. The temperature-dependent switching field is measured and analyzed using the expression of A. Garg. In addition, the temperature dependence of the saturation magnetization is discussed. The angle-dependent switching behavior at 80K shows deviations from the Stoner-Wohlfarth model. The origin of this deviation is explained with theoretical considerations by Thiaville. Subsequently, the thermal switching behavior dependent on a destabilizing magnetic field is investigated. From the measurements, the magnetic moment and the temperature dependence of the anisotropy can be estimated. The experimental results are additionally analyzed with works by Kalmykov, Coffey and Brown and deviations between experiment and theory are determined. Finally, the energy barrier is numerically calculated assuming modified anisotropy and its influence on the switching behavior is described. The anisotropy is modified to explain deviations from the SW model.
In the second part of the thesis, the magnetization of individual cobalt spheres with a diameter of ≈10nm is investigated. The samples are produced in cooperation with the work group of Professor Farle of the University of Duisburg /Essen. In a first step, lithography and etching techniques are used to produce Hall crosses of platinum with a thickness of 5nm. Than the cobalt spheres are applied to these Hall crosses by the work group of Professor Farle by dip coating. Their position on the hall cross and their size are determined by SEM and AFM images. The switching behavior of the cobalt spheres is measured by magnetotransport measurements. The AHE is used as a measuring probe of the magnetization. By a technique developed in this work group the individual switching behaviors are unambiguously attributed to individual cobalt spheres. By temperature-dependent measurements (2K-60K) of the switching behavior, the perpendicular magnetic anisotropy of the cobalt spheres is estimated. The switching process is investigated by angle-dependent measurements and explained by the “curling” model, while the Stoner-Wohlfarth model and domain wall nucleation can be excluded.

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