Magnetostrictive multilayers for magneto-electric sensors - layer structure and magnetic domains
Final Report Abstract
Gegenstand des Projektes war die Erforschung der magnetostriktiven Phase magnetoelektrischer (ME) Komposite mit einer 2-2 Lagenstruktur, die als hochempfindliche Magnetfeldsensoren eingesetzt werden. Der Fokus lag auf der Herstellung magnetostriktiver Multilagen mit hoher magnetischer Suszeptibilität und auf der Untersuchung und Kontrolle der relevanten magnetischen Domänenprozesse mit dem Ziel, den magnetischen Rauschbeitrag zum Sensorrauschen zu minimieren. Im Rahmen des Projektes wurde ein Schlüsselexperiment realisiert, welches die in-operando Abbildung der magnetischen Prozesse während des ME Sensorbetriebs erlaubt. Unter Nutzung des MO Voigteffekts ist nun die direkte Korrelation des magnetischen Domänenverhaltens mit dem ME Verhalten möglich. Die so an Modellsystemen und Sensorstrukturen erhaltenen Erkenntnisse sind zur Entwicklung magnetischer Multilagen mit verbesserten Eigenschaften genutzt worden. Mit der zeitaufgelösten MO Mikroskopie konnte auch die piezoelektrische Anregung der magnetostriktiven Schicht in elektrisch modulierten ME Sensoren untersucht werden. Ein Konzept zur Verringerung magnetischer Rauschbeiträge insbesondere bei Anwesenheit großer magnetischer Modulationsfelder (magnetische Frequenzumsetzung) sah vor, austauschgekoppelte Multilagen mit paarweise magnetisch antiparallel ausgerichteten Einzellagen zu verwenden. Unter Nutzung der Dickenabhängigkeit der Blockingtemperatur antiferromagnetischer MnIr-Schichten und durch Entwicklung eines zweistufigen Tempervorgangs konnte die gewünschte antiparallele Magnetisierungsausrichtung mit stark reduzierter Domänenaktivität erzielt werden. Der angestellte Vergleich von ME Sensoren mit einfachen FeCoSiB-Schichten und austauschgekoppelten FeCoSiB-Multilagen als magnetostriktive Phase zeigte, dass insbesondere das Detektionslimit für niedrige Signalfrequenzen um eine Größenordnung (z.B. auf < 200 pT/Hz0.5 für 10 Hz) verbessert werden konnte. Die neuen Konzepte für magnetostriktive Multilagen werden im Rahmen des SFB1261 weiterverfolgt.
Publications
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