Die magnetische Mikrostruktur atomar geschichteter Fe/Au(001) - Viellagensysteme - University of Regensburg Publication Server

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Köhler, Matthias

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Date of publication of this fulltext: 03 Jul 2003 13:07

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Die magnetische Mikrostruktur atomar geschichteter Fe/Au(001)-Viellagensysteme wurde an nanostrukturierten und ausgedehnten Schichten untersucht. Dazu wurden einkristalline Proben mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) durch abwechselnde Deposition einzelner Atomlagen von Eisen und Gold hergestellt. Die Probenstruktur wurde in-situ anhand von Rastertunnelmikroskopie (STM) und Elektronenbeugung (RHEED) kontrolliert. Mit Hilfe der Röntgenbeugung konnte ex-situ eine langreichweitige Ordnung der Lagenstruktur nachgewiesen werden. Messungen mittels Wechselgradienten- (AGM), Torsions- (TM) und SQUID-Magnetometrie belegen eine ausgeprägte uniaxiale magnetische Anisotropie mit leichter Achse senkrecht zur Schichtebene. Störungen der Lagenstruktur durch Schichtwachstum auf vizinal geschnittenen Substraten oder Abweichungen der Einzellagenbelegung von einer Atomlage bewirken eine Reduktion der Anisotropie. Die Entwicklung eines Verfahrens zur lokalen, selektiven Entfernung des GaAs-Substrats durch einen Laser-induzierten Ätzprozess ermöglichte erstmals die Herstellung derartiger Proben in Form von röntgen- und elektronentransparenten einkristallinen Membranen. Somit konnte eine Kombination von hochauflösenden Methoden zur Abbildung magnetischer Domänen in Transmission angewendet werden: Magnetische Transmissions-Röntgenmikroskopie (MTXM) sowie Lorentz-Transmissions-Elektronenmikroskopie (LTEM). Diese Verfahren liefern komplementäre Informationen über die Verteilung der Magnetisierungsrichtungen in einer Probe: MTXM bildet die senkrechte Komponente der Magnetisierung ab, während LTEM Komponenten parallel zur Schichtebene darstellt. Die so beobachteten Streifen- und Labyrinthmuster konnten dadurch als senkrechte Banddomänen mit der kleinsten bislang nachgewiesenen Breite in Remanenz (ca. 65nm) identifiziert werden. Mit Hilfe von Elektronenstrahllithografie (ESL) erzeugte Nanostrukturen zeigen einen sehr geringen Einfluss der Strukturierung auf die beobachteten Domänenmuster. Zur Verifikation und Ergänzung der Ergebnisse wurden numerische mikromagnetische Simulationen durchgeführt und domänentheoretische Modelle herangezogen, die auf experimentell ermittelten mikromagnetischen Parametern basieren. Die Resultate stimmen gut mit den Beobachtungen überein und vermitteln zudem ein Verständnis von Wandstruktur, Ummagnetisierungsprozessen und des geringen Einflusses der Nanostrukturierung auf die Domänenkonfiguration.

Translation of the abstract (English)

The magnetic microstructure of atomically stacked Fe/Au(001) multilayered systems was investigated in nanostructured and continuous films. Single crystalline samples were prepared by molecular beam epitaxy (MBE) through alternating deposition of single atomic layers of Iron and Gold. Structural investigations were conducted in-situ by scanning tunneling microscopy (STM) and electron diffraction (RHEED). A long range order of the layered structure was observed ex-situ by X-ray diffraction (XRD). Measurements by alternating gradient- (AGM), torque- (TM), and SQUID-magnetometry show a pronounced uniaxial magnetic anisotropy with an easy axis perpendicular to the film plane. This anisotropy is reduced in strength by disturbing the layered structure of the film through growth on a substrate with a vicinal surface or through deviations of the single layer thickness from one atomic layer. The development of a procedure to locally and selectively remove the GaAs-Substrate by a Laser-induced etching process made it possible for the first time to prepare this kind of film system as single crystalline membranes that are transparent for electron beams and soft X-rays. Thus, a combination of high-resolution methods to image magnetic domains in transmission could be applied: magnetic transmission X-ray microscopy (MTXM) and Lorentz transmission electron microscopy (LTEM). These methods yield complementary information about the distribution of magnetization directions in a sample: MTXM images the perpendicular component of the magnetization, while LTEM is sensitive toward in-plane components. Thereby, the stripe and maze patterns that were thus observed could be identified as perpendicular band domains with the smallest width in remanence (65nm) observed so far. Nanostructures prepared by electron beam lithography (ESL) show a very minor influence of the patterning on the domain configuration. In order to verify end enhance these results, the system was modeled by numerical micromagnetic simulations and domain theory, based on micromagnetic parameters that were determined experimentally. The results are in good agreement with the observed behavior and facilitate an understanding of the domain wall structure, magnetic reversal processes, and the small influence of nano-patterning on the domain configuration.

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