SQUID-VSM Magnetometer
Final Report Abstract
Die Suche nach Möglichkeiten die Magnetisierung auf ultrakurzen Zeitskalen zu kontrollieren, ist ein wichtiger Bestandteil der aktuellen Forschung. In diesem Zusammenhang wurde kürzlich ein durch zirkular polarisierte Femtosekunden-Laserpulse induzierter ultraschneller Ummagnetisierungsprozeß in ferrimagnetischen Seltenerd-Übergangsmetall Legierungsfilmen wie TbFe beobachtet, dessen Ummagnetisierungsrichtung allein durch die Helizität des Lichtes und nicht durch ein äußeres Magnetfeld bestimmt ist. Allerdings sind noch viele grundlegende Aspekte des zugrunde liegenden Schaltmechanismus nicht verstanden und bedürfen noch weiterer experimenteller Untersuchungen, um die physikalischen Zusammenhänge zu verstehen. Derzeit untersuchen wir die magnetischen Eigenschaften neuartiger Materialien basierend auf hart magnetischen L10 FePt Dünnschichten aber auch austauschgekoppelter Heterostrukturen bestehend aus ferrimagnetischen und ferromagnetischen Schichten. Mit Hilfe des SQUID-VSM Magnetometers konnten wichtige magnetische Eigenschaften wie die magnetische Anisotropie und Sättigungsmagnetisierung aber auch die Stärke der Austauchkopplung (exchange bias) und das Ummagnetisierungsverhalten in gekoppelten magnetischen Heterostrukturen temperaturabhängig bestimmt werden. Thermisch assistierte magnetische Datenspeicherung (HAMR) kombiniert mit bit-patterned media (BPM) ist derzeit ein aussichtsreicher Ansatz, um die bestehenden Grenzen der Datenspeicherung zu überwinden und Speicherdichten von mehreren Tbit/inch^2 zu realisieren. Um den Speicherzellen (Bits) genügend thermische Langzeitstabilität zu geben, müssen magnetisch hochanisotrope Materialien verwendet werden, die jedoch zum Ummagnetisieren sehr hohe Schreibfelder benötigen. Diese Problematik kann durch Temperaturerhöhung naher der Curie-Temperatur des Speichermaterials während des Schreibvorgangs behoben werden. Allerdings reduziert die Temperaturerhöhung auch die Magnetisierung und sorgt für einen Anstieg thermisch induzierter Speicherfehler. In diesem Zusammenhang wurde ein Verbundmaterial, welches aus zwei austauschgekoppelten Schichten mit unterschiedlicher Curie Temperatur besteht, vorgeschlagen, welches die genannten Einschränkungen überwindet. Auch hier spielt die magnetische Charakterisierung mittels SQUID-VSM Magnetometrie eine zentrale Rolle. Mittels SQUID-VSM Untersuchungen konnten wichtige Eigenschaften wie die Temperaturabhängigkeiten der magnetischen Anisotropie und Sättigungsmagnetisierung sowie die Curie-Temperatur bestimmt werden. Eine weiteres wichtiges Einsatzfeld des SQUID-VSM Magnetometers sind funktionelle Legierungsschichten, die in Multischichtsystemen durch Diffusionsprozesse auch bei niedrigen Temperaturen realisiert werden können. Hierbei stehen Diffusionsprozesse und Phasenbildung in Fe/Pt basierten Schichtsystemen, die bei relativ niedrigen Temperaturen auftreten, bei der Volumendiffusion ausgeschlossen ist, im Vordergrund. FePt Filme in der chemisch geordneten L10 Phase zeichnen sich durch ihre besonderen magnetischen Eigenschaften, wie einer hohen magnetischen Anisotropie, aus. Daher sind diese Materialien für unterschiedliche Anwendung im Bereich der Sensorik und der magnetischen Datenspeicherung von großem Interesse. Die in diesem Projekt zu untersuchenden Diffusionsprozesse laufen über die Korngrenzen ab und können durch Hinzugabe von Zwischenschichten stark beeinflusst werden. Durch gezielte Anordnung der Einzellagen im Schichtstapel können auch gerichtete Diffusionsprozesse ausgenutzt werden, um ein sogenanntes „graded medium“ zu realisieren, in dem die magnetischen Eigenschaften innerhalb der Schicht variieren. Diese konnten mit Hilfe des SQUID-VSM Magnetometers temperaturabhängig bestimmt werden. Neben diesen Aktivitäten wurden verschiedenste magnetische Untersuchungen (u.a. zero-field cooling, field cooling) im Temperaturbereich von 1.8 -1000 K an magnetischen Nanopartikeln durchgeführt, um Information über den magnetischen Zustand (z.B. Vortex, Superparamagnetismus, Spinglas) zu erhalten. Des Weiteren wurden magnetische Untersuchungen an Viellagensystemen mit hohem Riesenmagnetowiderstandseffekt für die Sensorik mittels SQUID-VSM Magnetometrie durchgeführt.
Publications
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Low remanence criterion for helicitydependent all-optical magnetic switching in ferrimagnets and heterostructures, Phys. Rev. B Phys. Rev. B 91, 104431 (2015)
A. Hassdenteufel, J. Schmidt, C. Schubert, B. Hebler, M. Helm, M. Albrecht, and R. Bratschitsch
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Pseudo Spin Valve Thin Films With Crossed Magnetic Anisotropies, Sensors and Actuators A: Physical 233, 275 (2015)
P. Matthes and M. Albrecht
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Exchange-biased Py/CoO vortex structures: Magnetization reversal, cooling field dependence, and training, Phys. Rev. B 9, 134422 (2016)
D. Nissen, O. Klein, P. Matthes, and M. Albrecht
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Ferrimagnetic Tb-Fe Alloy Thin Films: Composition and Thickness Dependence of Magnetic Properties and All- Optical Switching, Frontiers in Materials 3, 8 (2016)
B. Hebler, A. Hassdenteufel, P. Reinhardt, H. Karl, and M. Albrecht
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Influence of the Fe-Co ratio on the exchange coupling in TbFeCo/[Co/Pt] heterostructures, Phys. Rev. B 93, 184423 (2016)
B. Hebler, S. Böttger, D. Nissen, R. Abrudan, F. Radu, and M. Albrecht
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Low-temperature formation of the FePt phase in the presence of an intermediate Au layer in Pt/Au/Fe thin films, J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 035003 (2016)
I. A. Vladymyrskyi, A. E. Gafarov, A. P. Burmak, S. I. Sidorenko, G. L. Katona, N. Y. Safanova, F. Ganss, G. Beddies, M. Albrecht, Yu. M. Makogon, and D. L. Beke
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Double exchange bias in ferrimagnetic heterostructures, Phys. Rev. B 95, 104410 (2017)
B. Hebler, P. Reinhardt, G. L. Katona, O. Hellwig, and M. Albrecht
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Modification of the saturation magnetization of exchange bias thin film systems upon light-ion bombardment, J. Phys.: Condens. Matter 29, 125801 (2017)
H. Huckfeldt, A. Gaul, N. D. Müglich, D. Holzinger, A. Ehresmann, D. Nissen, M. Albrecht, D. Emmrich, A. Beyer, and A. Gölzhäuser
