Ferromagnetische Nanostrukturen: Domänenstruktur und Streufeld-Verteilung

Hall-Sensor mit integrierten Nanomagneten (dot) für Streufeld-Untersuchungen

Wir stellen mit Elektronenstrahl-Lithographie oder Laser-Interferenz-Lithographie ferromagnetische Mikro- und Nanostrukturen aus Fe, Co, Ni und NiFe (Permalloy) her. Die magnetischen Strukturen sind zum einen maßgeschneiderte Modellsysteme, um grundlegende Aspekte des Magnetismus auf der Nanometer-Skala zu studieren, zum anderen sind sie aber auch äußerst relevant in bezug auf zukünftige Konzepte in der Magnetspeicher-Technologie, in der Magnetoelektronik und für spintronics-Anwendungen.

Streufeld-Messung an einem bistabilen Ni-Nanomagneten. Er kann als Magnetspeicher mit den beiden Zuständen "1" (up) und "0" (down) angesehen werden.

Es interessiert uns z.B., wie sich geometrie-abhängig die Domänenstruktur einstellt, wie das Umschaltverhalten ist und wie sich die magnetostatische Wechselwirkung bei "dicht gepackten" ferromagnetischen Nanostrukturen auswirkt. Hergestellt und untersucht werden einzelne ferromagnetische Nanostrukturen, aber auch großflächige periodische Anordnungen von Nanomagneten, die zukünftig z.B. als Magnetspeicher verwendet werden könnten.

Magnet-Kraft-mikroskopische Aufnahmen (gleiche Längenskala) von Domänenmustern: Festspeicherplatte von 1991 (mitte) und von 1998 (rechts unten); bistabile Ni-Nanomagnete (links unten), hergestellt als "quantized magnetic disk" im Jahr 1998.

So wurde 1995 die "quantized magnetic disk" vorgeschlagen, die aus einer periodischen Anordnung bistabiler Nanomagnete mit senkrechter Anisotropie besteht. Derartige Strukturen haben wir mit Hilfe von Laser-Interferenz-Lithographie bereits 1998 realisiert und mit Magnet-Kraft-Mikroskopie untersucht. In der grün colorierten MKM-Aufnahme im Bild rechts beträgt die Dichte der bistabilen Nanomagnete etwa 13 Gbit/in².

Siehe hierzu z.B.:
H. Rolff, W. Pfützner, Ch. Heyn, and D. Grundler: „Hall magnetometry on a ferromagnetic nanoring”, JMMM , in press (2004). [abstract: click here]
Dirk Grundler, Thomas M. Hengstmann, and Haiko Rolff: „Magnetic nanostructures for lateral spin-transport devices”, Brazilian Journal of Physics 34, no. 2A, June 2004.
D. Grundler, T.M. Hengstmann, N. Klockmann, Ch. Heyn, and D. Heitmann, „Bend-resistance nanomagnetometry: spatially resolved magnetization studies in ferromagnet/semiconductor hybrid structures”, Physica E 12, 248 (2002). [abstract: click here]
T.M. Hengstmann, D. Grundler, Ch. Heyn, and D. Heitmann, „Stray field of permalloy nanodisks”, J. Appl. Phys. 90, 6542 (2001). [abstract: click here]
G. Meier, M. Kleiber, D. Grundler, D. Heitmann, and R. Wiesendanger, „Vertical polarization of quantum magnets in high density arrays of nickel dots with small height-to-diameter ratio”, Appl. Phys. Lett. 72, 2168 (1999). [abstract: click here]