Erzeugung remanent stabiler Domänenmuster in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen mittels Heliumionenmikroskopie

Künstliche magnetische Domänenmuster in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen (EB-Systeme) haben in den letzten Jahren immer größere Bedeutung als Quelle magnetischer Streufeldlandschaften erlangt. Solche Strukturen dienen als Grundlage für den Transport superparamagnetischer Partikel zur Anwendung in mikrofluidischen und biomedizinischen Analysesystemen. EB-Schichtsysteme besitzen aufgrund der Kopplung zwischen einer antiferromagnetischen und einer ferromagnetischen Schicht besondere magnetische Eigenschaften. Heliumionenbeschuss hat sich als besonders wirksame Methode herausgestellt, diese Eigenschaften gezielt zu modifizieren und auf diese Weise unter anderem magnetische Domänenmuster zu erzeugen. In dieser Arbeit wurde erstmals die Möglichkeit geprüft, ein Heliumionenmikroskop (HIM) zur lokalen, schreibenden Strukturierung austauschverschobener Schichtsysteme zu verwenden. Dazu wurde zunächst der Einfluss verschiedener Eigenschaften eines prototypischen polykristallinen EB-Systems auf dessen magnetisches Verhalten untersucht. Insbesondere die Korngrößenverteilung der polykristallinen Schichten in Abhängigkeit der Herstellungsparameter, der Einfluss des während der Herstellung anliegenden Magnetfeldes auf die unidirektionale Anisotropie der Schichtsysteme und das Ummagnetisierungsverhalten in Abhängigkeit der eingebrachten Ionendosis lagen im Fokus der Untersuchungen. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurden die minimale Größe der bei Raumtemperatur stabilen magnetischen Domänen für ein- und zweidimensional begrenzte Domänenstrukturen und der Einfluss des Winkels zwischen Domänenwand und unidirektionaler Anisotropie auf die Eigenschaften der Domänenwände untersucht. Dazu wurden Domänen unterschiedlicher Geometrie und Größe mit Hilfe des HIM erzeugt und mit komplementären Messmethoden, namentlich Kerrmikroskopie, Magnetkraftmikroskopie, resonante Röntgenphotoemissionselektronenmikroskopie und Kerrmagnetometrie, analysiert. Dabei wurde ein deutlicher Einfluss der Domänengeometrie und –größe auf die Eigenschaften der Domänenwände beobachtet, welcher sich wiederum auf die minimale Größe der stabilen Domänen auswirkt. Aufbauend auf den genannten Unter-suchungen konnten erstmals erfolgreich periodische magnetische Domänenmuster mit einem einheitlichen übergeordneten Drehsinn durch Mehrfachstrukturierung der Sichtsysteme mittels HIM erzeugt werden. Die Eigenschaften dieser Strukturen wurden ebenfalls durch die genannten Messmethoden mit Fokus auf die Magnetisierungsverteilung und Domänenwandladung untersucht und mit den Ergebnissen der Vorexperimente korreliert.