| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (66MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-354345
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.35434
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Seitenanzahl: | 173 |
| Datum: | 12 April 2017 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Christian H. Back und Prof. Dr. Christian Schüller |
| Tag der Prüfung: | 15 März 2017 |
| Institutionen: | Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Entpflichtete oder im Ruhestand befindliche Professoren > Lehrstuhl Professor Back > Arbeitsgruppe Christian Back |
| Stichwörter / Keywords: | FMR, Ferromagnetische Resonanz, ISHE, Inverser Spin-Hall-Effekt, Spin-Pumpen, Spin-Pumping, YIG, Py |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 35434 |
Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Dissertation wurden zwei unterschiedliche Themen betrachtet: Der Spin-Pumpen Effekt in ferromagnetischen und ferrimagnetischen Materialien und die dynamische Magnetisierung in kleinen nanometergroßen zylindrischen Scheiben. Spin-Pumpen kann in Doppelschichten aus ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Materialien und normalen Metallen gemessen werden. Wenn die Magnetisierung im ...
Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Dissertation wurden zwei unterschiedliche Themen betrachtet: Der Spin-Pumpen Effekt in ferromagnetischen und ferrimagnetischen Materialien und die dynamische Magnetisierung in kleinen nanometergroßen zylindrischen Scheiben.
Spin-Pumpen kann in Doppelschichten aus ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Materialien und normalen Metallen gemessen werden. Wenn die Magnetisierung im ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material zur Präzession angeregt wird, induziert sie einen Spinstrom aus dem Ferromagneten in das Normalmetall. In dieser Arbeit wurde dieser Effekt für Yttrium-Eisen-Granat (YIG) und Permalloy (Py) als magnetisches Material und Pt, Pd, Au, Ta, Wb als Normalmetall untersucht. Durch die Messung der ferromagnetischen Resonanz kann das Spin-Pumpen in Pt, Pd und Au als zusätzliche gilbertartige magnetische Dämpfung detektiert werden. Zusätzlich zu den FMR-Messungen wurden auch Inverse Spin-Hall-Effekt (ISHE) Messungen durchgeführt, um die Ergebnisse, die mit beiden Techniken erhalten wurden, zu vergleichen. Der ISHE ist die Umwandlung eines Spinstroms in einen Ladestrom innerhalb der normalmetallischen Schicht, der als Spannung an den Kanten der normalen Metallschicht detektiert werden kann. Der Faktor, der die Effizienz dieser Umwandlung des Spinstroms in einen Ladestrom bestimmt, ist der Spin-Hall-Winkel. Typischerweise wird dieser Spin-Hall-Winkel aus den ISHE-Messungen und den dynamischen Auslenkwinkeln bestimmt, die aus der dynamischen Suszeptibilität und den genäherten Mikrowellenfeldern berechnet wurden. Im Laufe dieser Dissertation wurde eine spezielle Messmethode entwickelt, um diesen Spin-Hall-Winkel direkt zu bestimmen. Dazu wird der dynamische zirkulare magnetische Röntgen-Dichroismus (XMCD-FMR) verwenden, um den dynamischen Auslenkwinkel und den ISHE gleichzeitig zu messen (ISHE-XMCD-FMR). Mit dieser Methode konnte der Spin-Hall-Winkel für Pt auf YIG oder Py als etwa 0,12 bestimmt werden. Schließlich wurde auch die Temperaturabhängigkeit des Spin-Pumpens in YIG/Pt in einem Kryo-FMR-Aufbau betrachtet. Es konnte dabei eine geringe Abhängigkeit von Spin-Pumpens von der Temperatur beobachtet werden.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden die dynamischen Magnetisierungsmoden von nanometergroßen zylindrischen Py-Scheiben untersucht. Dazu wurden FMR-Messungen der verschiedenen dynamischen Moden an Scheiben mit einem Durchmesser von 1,6 μm und einer Höhe von 50 nm durchgeführt. Um diese Resonanzmoden zu visualisieren, wurden auch mikromagnetische Simulationen durchgeführt. Für Scheiben mit einem Durchmesser von 260, 470 und 690 nm und einer Höhe von 20 und 40 nm konnte ein genauer Blick auf den dynamischen Auslenkwinkel des (quasi)-uniformen FMR-Zustands bei 5,5 GHz unter Verwendung von XMCD-FMR geworfen werden. Diese Messungen zeigten, dass durch die Reduzierung der Dimensionen der maximale uniforme dynamische Auslenkwinkel im Vergleich zum Auslenkwinkel in einem ausgedehnten Film deutlich erhöht wird. Schließlich wurde mit einem neu entwickelten VNA-FMR-Aufbau die theoretischen Vorhersagen von H.G. Bauer et al. bestätigt, dass durch gleichzeitige Anregungen sowohl der Gyromode als auch der Spinwellen-Moden eine Frequenzaufspaltung des niedrigsten Spinwellen-Zustands erfolgt. Ohne die Anregung der Gyromode werden die ersten beiden magnetostatischen Spinwellenmoden (n = 1, m = +/- 1) bei etwa 5 GHz und 6,5 GHz beobachtet. Eine Messung des Frequenzspektrums der azimutalen Spinwellen in Py-Scheiben (1,6 μm Durchmesser) mit zusätzlicher simultaner Sub-GHz-Gyromodenanregung (ca. 200 MHz) zeigten eine Verschiebung und Aufspaltung des ersten Spinwellenabsorptionspeaks bei Erhöhung der Gyro-Anregungsamplitude, wie sie durch mikromagnetische Simulationen in der Veröffentlichung von H.G. Bauer vorhergesagt wurden.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
During this thesis, two different topics were considered: The Spin-Pumping Effect in various ferromagnetic and ferrimagnetic materials and the dynamic magnetic distributions in small nanometer sized cylindrical discs. Spin-Pumping can be measured in bilayers consisting of ferromagnetic or ferrimagnetic materials and normal metals. If the magnetization in the ferromagnetic or ferrimagnetic ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
During this thesis, two different topics were considered: The Spin-Pumping Effect in various ferromagnetic and ferrimagnetic materials and the dynamic magnetic distributions in small nanometer sized cylindrical discs.
Spin-Pumping can be measured in bilayers consisting of ferromagnetic or ferrimagnetic materials and normal metals. If the magnetization in the ferromagnetic or ferrimagnetic material is excited to precession, it induces a spin current from the ferromagnet into the normal metal. In this thesis, this effect was investigated for Yttrium Iron Garnet (YIG) and Permalloy (Py) as magnetic material and Pt, Pd, Au, Ta, Wb as normal metal. By measuring Ferromagnetic Resonance, the Spin-Pumping can be detected in Pt, Pd and Au as an additional gilbert-like magnetic damping. In addition to the FMR measurements, Inverse Spin-Hall Effect (ISHE) measurements were performed to compare the results obtained from both techniques. The ISHE is the conversion of a spin current into a charge current within the normal metal which can be detected as a voltage at the edges of the normal metal layer. The factor which determines the efficiency of this conversion of spin to charge current and vice versa is the Spin-Hall angle. Typically, this Spin-Hall angle is determined from the ISHE measurements and the dynamic excursion angles calculated with the dynamic susceptibility and the approximated microwave fields. During this thesis, a special measurement method was developed to determine directly this Spin-Hall angle by using dynamic Circular Magnetic X-ray Dichroism (XMCD-FMR) to obtain the excursion angles and measure ISHE simultaneously (ISHE-XMCD-FMR). With this method the Spin-Hall angle for Pt on YIG or Py can be obtained to be about 0.12. Finally, the temperature dependence of the Spin-Pumping in YIG/Pt in a Cryo-FMR-setup could be evaluated. A small dependence of Spin-Pumping on temperature was observed.
For the second part of the thesis the dynamic magnetization states of nanometer sized cylindrical Py discs were investigated. For this FMR measurements of various dynamics modes of discs with a diameter of 1.6 µm and a height of 50 nm were investigated. In order to visualize these resonance modes, also micromagnetic simulations were performed. For discs with a diameter of 260, 470 and 690 nm and a height of 20 and 40 nm, a closer look at the dynamic excursion angle of the (quasi)uniform FMR-mode at 5.5 GHz utilizing XMCD-FMR was done. These measurements showed that the reduced dimensions increase the maximal dynamic excursion angle in comparison to the excursion angle achieved in an extended film. Finally, I developed a new VNA-FMR-setup to verify the theoretic predictions of H.G. Bauer et al. that by simultaneous excitations of both, the gyromode and spin wave modes, there is a frequency splitting of the lowest spin wave mode. Without the excitation of the gyromode, the first two magnetostatic spin wave modes (n=1, m=+/-1) are observed at about 5 GHz and 6.5GHz. The measurements of the frequency spectrum of the azimuthal spin waves in Py discs (1.6 µm diameter) with additional simultaneous sub-GHz gyromode excitation (about 200 MHz) showed a shifting and splitting of the first spin wave absorption peak for the increased gyro-excitation amplitude as predicted by micromagnetic simulations in the paper of H.G. Bauer.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 21:28
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik