Ortsaufgelöste Ferromagnetische Resonanz mittels 2-dimensionaler Mikroresonatoren - Untersuchung der Spindynamik auf der Nanometerskala
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hat die Methodik der Mikroresonatoren für Messungen der ferromagnetischen Resonanz an einzelnen Objekten mit Größen im nm-Bereich etabliert. Hierbei geht es darum, den konventionellen Aufbau zur Detektion der ferromagnetischen Resonanz zu optimieren und nicht, den Modus der Detektion zu verändern (also reflektierte Mikrowellenleistung zu messen und nicht etwa magneto-elektrische oder magneto-optische Effekte zu verwenden, um mittels dieser die Magnetisierungsdynamik zu studieren). Der Vorteil ist zum einen, dass es sich um eine klassische Absorptionsspektroskopie handelt, deren Signalform ein Lorentzprofil liefert, was bei Verwendung magneto-elektrischer/optischer Verfahren nicht der Fall ist. Andererseits ergeben sich praktische Vorteile. Muss bei magneto-elektrischer Detektion die Probe elektrisch kontaktiert werden (was mit abnehmenden Probendimensionen schwerer wird), versagen magneto-optische Verfahren bei „vergrabenen“ oder mit anderen Materialien bedeckten Proben (sofern diese dicker als die Eindringtiefe des Lichtes sind, was in der Größenordnung von 10nm liegt) aber auch bei Proben, die erhebliche Rauhigkeiten an der Oberfläche und damit eimne geringe Reflektivität aufweisen (etwa magnetische Nanopartikel). Das kleinste magnetische Volumen, das bei Raumtemperatur gemessen werden konnte, beträgt derzeit (30nm)3. Damit können Proben mit lateralen Dimensionen unterhalb 50nm problemlos untersucht werden. Ein großer Vorteil der Methode ist dabei die Flexibilität bzgl. der untersuchbaren Probensysteme, da die Proben sowohl vor als auch nach der Präparation der Resonatorschleife hergestellt bzw. in diese mittels Mikromanipulation eingebracht werden können. Die Präparation des Resonator nach der Probenherstellung ermöglicht somit auch die Untersuchung von epitaktischen Nanostrukturen. Derzeit können Resonatoren basierend auf Si wie auch GaAs als Dielektrikum verwendet werden, wobei diese (weitverbreiteten) Materialien gleichzeitig als Substrat für die Proben dienen. Es wurde des Weiteren erreicht, Mikroresonatoren auf Silizium-Nitrid Membranen aufzubringen, und somit Röntgentransmissions-Messungen an Synchrotron-Quellen zu ermöglichen. Die Mikroresonator-Methodik bietet zudem leichten Zugang für andere Untersuchungsmethoden. Dies wurde mit der Kombination aus Mikroresonator-FMR und thermischer Mikroskopie gezeigt (SThM-FMR, s. oben). Für zukünftige Messungen kann aber auch an eine Kombination mit optischen Methoden gedacht werden. Durch die im Projekt entwickelte Möglichkeit, die Resonanzlinien als Funktion des Winkels des externen Feldes zu messen, kann die magnetische Anisotropie genau gemessen werden. Dabei wurden sowohl einzelne Objekte wie auch dipolar gekoppelte untersucht. Neben quasi-uniformen Spinwellenmoden, wurden an definierten streifenförmigen Proben auch nicht-uniforme Moden untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Visualization of spin dynamics in single nanosized magnetic elements. Nanotechnology 22, 295713-1 – 295713-5 (2011)
A. Banholzer, R. Narkowicz, C. Hassel, R. Meckenstock, S. Stienen, O. Posth, D. Suter, M. Farle, J. Lindner
- Angular dependent ferromagnetic resonance analysis in a single micron sized cobalt stripe. J. Appl. Phys. 116, 033913-1 – 033913-6 (2014)
C. Schoeppner, K. Wagner, S. Stienen, R. Meckenstock, M. Farle, R. Narkowicz, D. Suter, J. Lindner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4890515) - Dipole-Dipole Interaction in arrays of Fe/FexOy core/shell nanocubes probed by ferromagnetic resonance. IEEE Trans. Mag. (2014)
A. Sukhov, P.P. Horley, J. Berakdar, A. Terwey, R. Meckenstock, M. Farle
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TMAG.2014.2329814) - Frequency-domain Magnetic Resonance – Alternative Detection Schemes for Samples at the Nanoscale. J. Surf. Interfac. Mater. 2, 46–68 (2014)
M. Möller, K. Lenz, J. Lindner
