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Spin-Dynamik und -Manipulation an nanostrukturierten Systemen in Simulation und Experiment

Stienen, Sven

Diese Arbeit befasst sich mit der Manipulation der Magnetisierung in einem Multiferroikum und in einer Permalloy Nanostruktur. Im multiferroischen CoFe2O4-BaTiO3 Nanokompositsystem konnte durch oberflächensensitive Messmethoden und Röntgenbeugungsexperimente nachgewiesen werden, dass ein selbstorganisiertes Wachstum vorliegt. Es lässt sich eine Phasentrennung zwischen den ferrimagnetischen CoFe2O4-Säulen und der ferroelektrischen BaTiO3-Matrix feststellen. Beide Phasen besitzen eine hohe kristalline Ordnung, wobei für das CoFe2O4 gegenüber dem Volumenwert eine um 0.5% reduzierte Gitterkonstante bestimmt wurde. Messungen der magnetischen Eigenschaften zeigen, dass durch diese strukturelle Verzerrung eine uniaxiale magnetische Anisotropie im Nanokomposit erzeugt wird. Auf Grund der elastischen Kopplung beider Phasen an deren Grenzflächen lässt sich, mit Hilfe eines externen Magnetfeldes, eine Deformation des gesamten Nanokomposites hervorrufen. Mittels XLD-Messungen kann ein direkter, elementspezifischer Zusammenhang zwischen der Orientierung der Magnetisierung (d.h. dem resultierenden magnetischen Moment des Co und Fe) und dem elektrischen Dipolmoment des BaTiO3 (bestimmt durch die Position des Ti) nachgewiesen werden. Die elektrischen Eigenschaften des Nanokomposites können daher mit einem externen Magnetfeldes kontrolliert werden. Der zweite Bereich dieser Dissertation befasst sich mit der Beschreibung von dynamischen Prozessen einer Magnetisierung, die durch ein externes Hochfrequenzfeld angeregt wird. Hierzu wird ein mikromagnetisches Simulationsverfahren vorgestellt, mit dem sich Experimente zur Ferromagnetischen Resonanz modellieren lassen. Um die Qualität des Verfahrens zu überprüfen, wurde die mikromagnetische Simulation der Dispersionsrelation der uniformen Mode (Resonanzlinienbreite und -position) eines dünnen Permalloy-Film in der Filmebene mit den Vorhersagen analytischer Theorien (Kittel) verglichen. Es konnte eine maximale Abweichung von 0.02% ermittelt werden. Des Weiteren wurden die Dispersionsrelationen einer Permalloy-Leiterbahn in zwei magnetisch unterschiedlichen Orientierungen gemessen und simuliert. Im Gegensatz zum unstrukturierten Film, lassen sich verschiedene Arten von Anregungsmoden identifizieren. Es werden Modelle erläutert, anhand derer das Verhalten dieser Moden qualitativ wiedergeben werden kann. Dabei wird berücksichtigt, dass dynamische Entmagnetisierungsfelder und Inhomogenitäten im statischen Entmagnetisierungsfeld auftreten. Auf Grund dieser Felder ist eine Analyse der Resonanzpositionen mittels der Kittelgleichung nicht möglich bzw. müssen Hilfsannahmen wie eine effektive Leiterbahnbreite eingeführt werden. Der Vergleich von simulierten und gemessenen Anregungsmoden zeigt, dass die hohe Abweichung bestimmter Anregungsmoden auf die Rauigkeit der Leiterbahnränder zurückgeführt werden kann. Des Weiteren weicht entweder die Sättigungsmagnetisierung des Probensystem, gegenüber dem Volumenwert von Permalloy, um 10% ab, oder es liegt ein reduzierter g-Faktor von g = 2.045 vor.

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Zitierform:

Stienen, Sven: Spin-Dynamik und -Manipulation an nanostrukturierten Systemen in Simulation und Experiment. 2014.

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