Kor­re­la­ti­on der po­ly­kris­tal­li­nen Mi­kro­struk­tur und den ma­kro­sko­pi­schen ma­gne­ti­schen Ei­gen­schaf­ten von po­ly­kris­tal­li­nen aus­tausch­ver­scho­be­nen Dünn­schicht­sys­te­men

Durch die systematische Variation der Herstellungsparameter austauschverschobener magnetischer Dünnschichtsysteme konnten die strukturellen Eigenschaften der polykristallinen Mikrostruktur mit den makroskopischen magnetischen Eigenschaften korreliert werden.

Polykristalline austauschverschobene magnetische Dünnschichtsysteme besitzen ein breites Anwendungsspektrum in der magnetischen Speicher- und Sensortechnologie und stellen weiterhin eine vielversprechende Basis zur Herstellung von miniaturisierten Technologieplattformen dar. Dabei geht es in Anwendungen des sogenannten Austauschverschiebungseffektes maßgeblich darum, entweder global, oder lokal eine feste Magnetisierungsrichtung vorzugeben, um mit dieser entweder eine Stabilisierung von magnetischen Domänen in dünnen Schichten sowie Nanostrukturen zu erzielen oder eine Anordnung von künstlichen magnetischen Domänen zu erhalten. Dazu werden magnetische Dünnschichtsysteme verwendet, bei welchen eine antiferromagnetische und eine ferromagnetische Schicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen.

Mittels Rasterkraftmikroskopie bestimmte Korngrößenverteilung der antiferromagnetischen Schicht unter der Annahme von säulenförmigen Kristalliten für verschiedene Beschichtungsparameter.

Über die Austauschwechselwirkung zwischen den an der Grenzfläche vorliegenden magnetischen Momenten beider Schichten wird eine Vorzugsrichtung der ferromagnetischen Magnetisierung induziert. Im Falle polykristalliner Systeme ergeben sich die makroskopischen magnetischen Eigenschaften aus einem komplexen Zusammenspiel mehrerer magnetischer Anisotropien, welche eng mit der polykristallinen Mikrostruktur verknüpft sind. Die systematische Variation von Herstellungsparametern und die Kombination von strukturellen sowie magnetischen Charakterisierungsmethoden mit einem makroskopischen Modellansatz ermöglichte es die Eigenschaften der polykristallinen Mikrostruktur mit den makroskopischen magnetischen Charakteristika zu korrelieren. Für einen bestimmten Satz an Parametern konnte der Austauschverschiebungseffekt mit der antiferromagnetischen Korngrößenverteilung skaliert werden, aus welchem Grund diese Studie als Verifikation des verwendeten Modells zur theoretischen Beschreibung der untersuchten Dünnschichtsystemen dient.


 

M. Merkel et al., PRB 102, 144421 (2020)
DOI: 10.1103/PhysRevB.102.144421

M.Sc. Maximilian Merkel
AGE – Funktionale dünne Schichten