Kollektives Verhalten in Gittern magnetostatisch wechselwirkender magnetischer Nanoelemente
Final Report Abstract
Den Schwerpunkt dieses Vorhabens bildeten die Realisierung zweier Herstellungsstrategien von magnetischen Dünnschicht-Nanokompositen und die Untersuchung ihrer Streufelder und Kopplungseffekte. Dabei kam als Herstellungsverfahren einerseits ein mehrstufiger auf Beschichtungen und Elektronenlithographie (EBL) basierender Prozess zum Einsatz, der die Herstellung von geordneten Gittern von CoPt, FePt, PrCo5 bzw. CoFe2O4 Spinell Elementen mit unterschiedlicher magnetokristalliner Anisotropie in einer weichmagnetischen Matrixschicht ermöglichte. Die zweite Strategie beruhte auf einer selbstorganisierten Entmischung während der Deposition zur Bildung von dotierten CoFe-Spinell Einschlüssen in einer magnetischen Perowskitmatrix aus p-dotierten Manganat, Kobaltat oder Ferrat. Messungen magnetischer Streufeldverteilungen erfolgten an den geordneten Gittern mittels magnetooptischer Indikatorfilme sowie magnetischer Rasterkraftmikroskopie (MFM). Dabei wurde ein Verfahren für die Rekonstruktion der Magnetisierungsverteilung und des magnetostatischen Potentials mittels inverser Methoden entwickelt und an geordneten Gittern aus hartmagnetischen FePt und PrCo5 Elementen mit hoher Remanenz getestet. EBL ermöglichte höchst reguläre Gitter und auch die Herstellung von Nano-Kompositen, die über eine selbstorganisierte Entmischung nicht präpariert werden können. Begrenzender Faktor sind relativ große Grenzflächenrauigkeiten, die eine Reduktion der Elementgrößen unter 500 nm nicht zulassen. Die Untersuchung der Domänenstrukturen in den hartmagnetischen Gittern mit Permalloy Einbettungen erlauben neue Einsichten in Feldführung, Kopplungen und die Entstehung von Wechselwirkungsdomänen. Die Herstellung durch eine Ko-Deposition erweist sich als eine in vielerlei Hinsicht komplementäre Methode, die Elementgrößen bis herunter zu 20 nm erlaubt. Die Materialkombination ist auf stark entmischende Systeme beschränkt und der Ordnungsgrad in der Partikelanordnung ist viel geringer. Systeme wie von uns entwickelt weisen aber durch das epitaktische Wachstum topologisch und strukturell wohldefinierte Grenzflächen auf. Diese Herstellungsmethode ist eher für die Untersuchung von lokalen magnetischen, magnetoelektrischen und magnetostriktiven Kopplungseffekten geeignet. Es konnten neue Wege für die Realisierung von nano-skaligen pn-Kontakten mit hochwertigen Grenzflächen und Nanokompositen für die heterogene Katalyse aufgezeigt werden.
Publications
- Magnetostatic interactions in patterned CoPt films embedded in a permalloy matrix. Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 042506
S. Schnittger, S. Dreyer, Ch. Jooss, S. Sievers and U. Siegner
- Quantitative imaging of stray fields and magnetization distributions in hard magnetic element arrays. J. Appl. Phys. 101 (2007) 083905
S. Dreyer, J. Norpoth, and C. Jooss, S. Sievers and U. Siegner, V. Neu, T. H. Johansen
- Straightforward field calculations for uniaxial hardmagnetic prisms: stray field distributions and dipolar coupling in regular arrays. J. Phys. D: Applied Physics (IOP) 41 (2008) 025001
J. Norpoth, S. Dreyer, Ch. Jooss
- Magnetic and structural properties of cobalt ferrite thin films and structures. International Conference on Magnetism (ICM 2009). J. Phys.: Conf. Ser. 200 (2010) 072086
S. Schnittger, C. Jooss, and S. Sievers
- Künstliche und selbstorganisierte Nanokomposite basierend auf oxidischen Verbindungen. Dissertation, Göttingen 2011
S. Schnittger
- Magnetostatic interaction mechanisms in a two-dimensional composite magnet. J. Appl. Phys. 110 (2011) 043927
S. Sievers, S. Schnittger, J. Norpoth, X. Hu, U. Siegner, H.W. Schuhmacher, and C.Jooss
