DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Spin-Transfer-Torque in ferro/nichtferromagnetischen Säulenstrukturen

Posth, Oliver

In der vorliegenden Arbeit wird der Spin-Transfer-Torque-Effekt in säulenartigen ferro-/nichtferromagnetischen Schichtstrukturen untersucht. Durch ihn kann die Richtung der Magnetisierung allein mit Hilfe eines Stromes beeinflusst werden, was üblicherweise über den Riesenmagnetowiderstands-Effekt nachgewiesen wird. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal die ferromagnetische Resonanz für dessen Nachweis benutzt, indem die Stromabhängigkeit der Dämpfung der Magnetisierung gemessen wird. Der entscheidende Vorteil gegenüber der Widerstandsmessmethode besteht darin, dass die Effekte bei erheblich geringeren Stromdichten untersucht werden können. Die Untersuchungen werden zum einen an Co/Cu/Py-Pillarstrukturen durchgeführt, wobei Co als Spinpolarisator dient und die Auswirkung des Spin-Transfer-Torque anhand der Py-Schicht detektiert wird. Des Weiteren werden Messungen an Schichtsystemen durchgeführt, in denen als Polarisatoren [Co/Pt]- und [Co/Ni]-Multilagen mit senkrechter magnetischer Anisotropie verwendet werden. Damit kann der Winkel zwischen Polarisator- und Analysatormagnetisierung und somit der Einfluss des Spin-Transfer-Torques auf die Dämpfung der Py-Magnetisierung vergrößert werden. Die Strukturen werden mit Hilfe von Elektronenstrahllithographie hergestellt und kontaktiert, wobei eine große Anzahl identischer Pillarstrukturen präpariert werden, die alle in Reihe miteinander elektrisch verbunden sind. Damit kann die Stromdichte in den Strukturen maximiert werden. Messungen am Co/Cu/Py-System zeigen einen Einfluss des Spin-Transfer-Torques auf die Dämpfung der Py-Magnetisierung. Abhängig von der Stromrichtung kann diese gedämpft oder entdämpft werden, was anhand der veränderten FMR-Linienbreite detektiert werden kann. Es zeigt sich zudem der von der Theorie vorhergesagte lineare Zusammenhang zwischen Linienbreite und Stromdichte. Analytische Berechnungen der Größe des Spin-Transfer-Torques zeigen außerdem auch eine quantitative Übereinstimmung mit dem Experiment. Messungen an [Co/Pt]/Cu/Py-Proben zeigen überraschenderweise keinen Einfluss des Spin-Transfer-Torques auf die Linienbreite. Vermutlich führen die Pt-Schichten der Multilage zu einer starken Verringerung der Spinpolarisation, obwohl sie andererseits das Auftreten einer vertikalen Magnetisierung bewirken. Die Messungen mit [Co/Ni]-Multilagen als Polarisator zeigen, dass aufgrund der ursprünglich als vorteilhaft angesehenen Vermeidung der Pt-Schichten und der damit verbundenen niedrigen Anisotropie der Schaltstrom geringer als der der Py-Schicht ist.

In the present thesis, the spin transfer torque effect is investigated in ferro/non-ferromagnetic pillar structures. The effect describes the manipulation of the magnetization direction only by a spin polarized current. Usually giant magnetoresistance measurements are used to detect the spin transfer torque effect. In the present thesis, for the first time, conventional ferromagnetic resonance is used to detect the influence of spin transfer torque on the intrinsic damping of the magnetization. The decisive benefit of the ferromagnetic resonance is that it gives access to effects in regions of low current densities which can not be investigated by magnetoresistance measurements. The measurements are performed on Co/Cu/Py pillar structures, in which Co serves as the hard-magnetic spin polarizing layer, and the influence of the spin transfer torque effect is measured by the Py layer. In addition, [Co/Pt] and [Co/Ni] multilayers are also used as spin polarizing layers instead of Co. The magnetization of the multilayers points out-of-plane in remanence. Therefore, the magnetization of the polarizer and the magnetization of the analyzer are oriented perpendicular to each other. In this manner, the effect of the spin tansfer torque can be increased with respect to the case when the magnetizations are parallel. The pillar structures are prepared and electrically connected by means of electron beam lithography. A large number of identical structures are prepared in an array, in which all structures are connected in series so that the current density reaches values high enough to observe the spin transfer torque effect on the FMR signal. Measurements on Co/Cu/Py samples show an influence of the spin transfer torque effect on the damping of the magnetization of the Py layer. Depending on the current direction, the damping can be increased or decreased and can be measured by analyzing the FMR line-width. A linear increase or decrease of the line-width as the function of current density can be observed that is consistent with theory. Analytical calculations of the magnidude of the spin transfer torque also agree very well with the values measured in the experiments. When [Co/Pt] multilayers function as the polarizing layer, the data show no influence of the spin transfer torque on the line-width of the Py layer. The Pt layers cause the perpendicular magnetization. The results on [Co/Ni] multilayers acting as the polarizer show that due to the elimination of the Pt layers, the perpendicular anisotropy is decreased, so that the critical current density for switching is lower than the value for switching the Py layer.

Share and cite

Citation style:

Posth, Oliver: Spin-Transfer-Torque in ferro/nichtferromagnetischen Säulenstrukturen. 2010.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export