Veränderung der magnetischen Anisotropie in polykristallinen austauschverschobenen Dünnschichtsystemen durch Heliumionenbeschuss

Der inzwischen seit mehreren Jahrzehnten in Festplattenleseköpfen zum Einsatz kommende Austauschverschiebungseffekt in dünnen magnetischen Schichten bietet durch dessen Modifikation mittels Ionenbeschuss die Möglichkeit zur magnetischen Strukturierung von Dünnschichtsystemen. Die somit kontrollierbare Erzeugung magnetischer Streufeldlandschaften erlaubt den gezielten Transport magnetischer Kolloide in mikrofluidischen Technologieplattformen, wie sie unter anderem in der Biosensorik zum Einsatz kommen.

Vergleich der korngrößenabhängigen (grün) und –unabhängigen (rot) Modifikation der mit der antiferromagnetischen Korngrößenverteilung verknüpften jungfräulichen (blau) Verteilung von Energiebarrieren bezüglich der Kopplung zwischen individuellen Körnern und der ferromagnetischen Schicht.

Werden dünne Schichten eines antiferromagnetischen und eines ferromagnetischen Materials miteinander kombiniert wird über die sogenannte Austauschwechselwirkung zwischen den an der Grenzfläche vorliegenden magnetischen Momenten eine Vorzugsrichtung der ferromagnetischen Magnetisierung induziert. Die für Anwendungen relevanten polykristallinen Dünnschichtsysteme weisen physikalische Eigenschaften auf, die eng mit deren Mikrostruktur und im Falle des Austauschverschiebungseffekts mit der Korngrößenverteilung der antiferromagnetischen Schicht verknüpft sind. Durch den Beschuss mit Heliumionen können die individuellen Eigenschaften einzelner Körner und somit deren Beiträge zu den makroskopischen magnetischen Anisotropien des Gesamtsystems beeinflusst werden.
Die systematische Untersuchung von ionenbeschossenen austauschverschobenen Dünnschichtsystemen unter Verwendung eines Vektor-Kerr-Magnetometers in Kombination mit einem makroskopischen Modellansatz ermöglichte die Beobachtung der bevorzugten Reduktion des Beitrags kleinerer Körner. Dabei konnte allgemein die korngrößenabhängige Modifikation von polykristallinen Dünnschichtsystemen durch Ionenbeschuss gezeigt werden.

 

 


N. Müglich et al. New. J. Phys. 20 053018 (2018)

DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aabcb3

M.Sc. Maximilian Merkel @ AGE - Funktionale dünne Schichten