Magnetostriktive Multilagen für magnetoelektrische Sensoren - Schichtaufbau und Domänen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jeffrey McCord; Dr. Dirk Meyners
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269913640

Die Erforschung von neuen magnetostriktiven Komponenten als Bestandteil magnetoelektrischer 2-2 Lagenstrukturen unter Berücksichtigung der relevanten magnetischen Domänenprozesse für hochempfindliche Magnetfeldsensoren in verschiedenen Anwendungsszenarien steht im Mittelpunkt des Vorhabens. Es sollen die materialwissenschaftlichen Voraussetzungen geschaffen werden, bekannte und neue magnetische Materialsysteme und Ansätze optimal für magnetoelektrische Komposite nutzen zu können. Gesputterte magnetische Multilagenschichtsysteme mit hohem piezomagnetischen Koeffizienten sollen erforscht werden. Dabei wird neben dem Einfluss der effektiven magnetischen Materialparameter auch der Einfluss der Strukturierung und der damit einhergehenden magnetischen Domänenstruktur auf das Detektionslimit der Sensoren untersucht. Grenzflächen- und magnetische Streufeldkopplungsphänomene werden verwendet, um das Verhalten der magnetostriktiven Phase der Sensoren einzustellen. Durch die Anwendung von Modellierung und ortsaufgelösten magnetischen Charakterisierungsmethoden soll ein Verständnis für die funktionsrelevanten magnetischen Umordnungsprozesse in strukturierten magnetoelektrischen Mehrlagenschichten auch unter Anwendungsbedingungen erarbeitet werden. Bekannte Limitierungen in der Detektion niederfrequenter Signale durch auftretendes Barkhausenrauschen sollen eliminiert werden. Neue Systeme, u.a. in Kombination mit dem Exchange Bias Effekt, sollen dazu systematisch untersucht werden. Insbesondere der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die magnetische Domänenstruktur, das damit einhergehende magnetische Sensorrauschen und das resultierende magnetoelektrische Signal sollen analysiert werden. Grundlegende Erkenntnisse werden an einfachen Modellstrukturen erlangt, die dann auf technische Sensorstrukturen transferiert werden. Neuartige Materialkombinationen, die höheren Prozesstemperaturen bei der Herstellung standhalten können, werden untersucht. Hierzu sollen FeCo/TiN Viellagenschichten im Hinblick auf die Temperaturbeständigkeit und den resultierenden piezomagnetischen Koeffizienten erforscht werden. Darüber hinaus sollen alternative Konzepte für höchstempfindliche Sensorstrukturen erforscht werden.Die materialphysikalischen Grundlagen für hochempfindliche magnetoelektrische Sensoren werden erarbeitet. Die Ergebnisse der Forschungen werden damit zu in ihren magnetischen Eigenschaften stark verbesserten magnetoelektrischen 2-2 Kompositen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen