Magnetization reversal dynamics in magnetically coupled trilayer systems

Abstract

Throughout this dissertation, the spin dynamics from the nanosecond (ns) range to infinitely long time scales has been studied. A combination of x-ray magnetic circular dichroism and photoelectron emission microscopy was used to investigate the magnetic domain structure with element selectivity. In addition, a micro-coil, which can supply ns-short magnetic field pulses, was employed to study either the magnetic domain evolution induced by single pulses (so called single-pulse technique) or the domain dynamics during pulses (pump-probe technique). The magnetization reversal in the ns range of the magnetically soft layer in spin valve and magnetic tunnel junction like trilayer systems has been investigated. The influence of magnetic anisotropy and interlayer magnetic coupling between the two ferromagnetic layers on the magnetization reversal have been studied. Also the surface/interface roughness and micromagnetic effects related to the domain wall energy and stray fields from a domain wall in the hard magnetic layer influence the reversal. Magnetization reversal in the timescale of seconds range was observed in a region with an out-of-plane easy axis of magnetization of a Co/Ni double layer epitaxially grown on a Cu(001) clean surface. The driving forces for the magnetization reversal were the thermal energy, upon heating the sample, or the change in anisotropy energy with time by depositing Co.

In dieser Arbeit wurde die Spindynamik im Bereich von Nanosekunden (ns) bis hin zu einigen Sekunden untersucht. Hierzu wurde Photoelektronenmikroskopie unter Ausnutzung des magnetischen Rontgenzirkulardichroismus angewendet, um die Domanenstruktur elementspezifisch darstellen und analysieren zu konnen. Zusatzlich wurde ein Mikrospulensystem zur Erzeugung von ns-kurzen Magnetfeldpulsen eingesetzt. Dies ermoglichte es, die zeitliche Entwicklung der Domanen nach Anregung mit einem Einzelpuls (single-pulse Technik) oder durch Pulsfolgen im Pump-Probe-Verfahren zu verfolgen. Das Ummagnetisieren der weichmagnetischen Schicht von Spin-valves und magnetischen Dreifachlagen, die als Tunnelkontakt aufgebaut sind, wurde im Nanosekundenbereich untersucht. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf den Einflussen, die die magnetische Anisotropie und die Interlagenaustauschkopplung der beiden ferromagnetischen Lagen auf das Umklappen der Magnetisierung haben. Der Ummagnetisierungsprozess wird aber auch durch Oberflachen- und Grenzflachenrauhigkeit sowie mikromagnetische Effekte Im Bereich der Domanenwand-Energie und der Streufelder der Domanenwande der hartmagnetischen Schicht beeinflusst. Umklappprozesse im Sekundenbereich wurden in Regionen von Co/Ni-Zweifachlagen mit senkrechter leichter Magnetisierungsrichtung beobachtet, die epitaktisch auf Cu(001)-Einkristallen gewachsen wurden. Die treibenden Krafte hinter dem Umklappen der Magnetisierung sind zum einen thermische Effekte durch das Heizen der Probe, aber auch zeitliche Anderungen der Anisotropieenergie durch das Aufdampfen von Co.