Untersuchung des Röntgenzirkulardichroismus an magnetischen Tunnelelementen

• Antragsteller: Dr. Jan Michael Schmalhorst
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5422398

Die magnetfeldabhängige Widerstandsänderung eines aus zwei, durch eine dünne Isolatorschicht voneinander getrennten, ferromagnetischen Elektroden bestehenden Tunnelelementes (MTJ) wird als Tunnelmagnetowiderstand (TMR) bezeichnet. Die maximale TMR-Amplitude bei Raumtemperatur beträgt derzeit 60 %. Im einfachsten Fall bestehen MTJs aus einer Schichtsequenz Antiferromagnet (AFM) / Ferromagnet (FM1) / Isolator / Ferromagnet (FM2), wobei durch den AFM die angrenzende Elektrode FM1 gespinnt wird (Exchange-Bias-Effekt), d.h. die Hysteresekurve von FM1 wird so verschoben, dass im feldfreien Zustand nur eine Magnetisierungsrichtung stabil eingenommen wird. Eine vor kurzem entwickelte Methode zur Ausrichtung des Exchange-Bias ist der Probenbeschuss mit Edelgasionen im Magnetfeld, was eine magnetische Mikrostrukturierung ermöglicht. Die Entwicklung neuer Materialien mit sehr hoher Spinpolarisation (idealerweise 100 %) wird es ermöglichen, den TMR-Effekt und somit seine Anwendbarkeit (Sensorik, nichtflüchtige Speicher etc.) weiter zu steigern. In dem hier beantragten Vorhaben sollen mittels des Röntgenzirkulardichroismus (XMCD) die elementspezifischen magnetischen Momente und chemischen Zustände an zwei ausgezeichneten Grenzflächen magnetischer Tunnelelemente gemessen werden: Zum einen soll die durch Edelgasionenbeschuss möglicherweise erzeugte Veränderung der Spinorientierung an der AFM-FM1-Grenzfläche vermessen werden, zum anderen soll die Grenzfläche zwischen einem ferromagnetischen Halbmetall und der Barriere charkaterisiert werden. Für die Messungen steht an der Advanced Light Source (ALS) des Lawrence Berkekley Laboratory, USA, bereits ausreichend Strahlzeit zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen