Kopplungsphänomene in ferri- und ferromagnetischen Heterostrukturen

Die vorliegende Arbeit behandelt die magnetische und strukturelle Untersuchung von Einzelschichtsystemen und Heterostrukturen bestehend aus ferri- und ferromagnetischen Dunnfilmschichten. Im ersten Teil wurden neben binaren, zusatzlich ternare Ferrimagnete bestehend aus den 3d-Ubergangsmetallen Eisen (Fe) und Kobalt (Co) und dem schweren 4f-Seltenerdmetall Terbium (Tb) in einem spezifischen Zusammensetzungsbereich hergestellt. In diesem weisen alle Schichten eine senkrecht zur Filmebene ausgerichtete uniaxiale Anisotropieachse und eine amorphe Struktur auf. Die magnetischen Eigenschaften (Magnetisierung, Koerzitivfeldstarke, uniaxiale Anisotropie) wurden in Abhangigkeit von Temperatur, Zusammensetzung und Schichtdicke auf planaren und partiell auf gekrummten Substraten analysiert. Aus dieser Untersuchung konnte der Einfluss der unterschiedlichen Kopplungsstarken von Co und Fe auf das Schaltverhalten der Legierungen gezeigt werden. Ebenfalls konnte in vereinzelten Tb-dominanten TbFe-Legierungen zusatzliche Satellitenhysteresen bei hohen externen Feldern nachgewiesen werden. Lokale Inhomogenitaten der Zusammensetzung in den amorphen Schichten wurden als Ursache identifiziert. Im nachsten Abschnitt wurden gekoppelte Heterostrukturen bestehend aus ausgewahlten TbCoFe-Legierungen mit einer konstanten Schichtdicke (20 nm) und ferromagnetischen [Co/Pt]–Multilagen in Hinblick auf den sogenannten Exchange-Bias Effekt untersucht. In Abhangigkeit von der Zusammensetzung des Ferrimagneten und der Temperatur wurden die Austauschfelder des Ferromagneten bestimmt. Dessen magnetische Eigenschaften und der Schicht-Aufbau wurden hierbei nicht verandert. Es konnte eine Abhangigkeit der aufgenommenen Austauschfelder vom Co/Fe Verhaltnis, sowie vom gewahlten Tb-Anteil aufgezeigt werden. Zusatzliche XMCD-Analysen ermoglichten die Bestimmung der Ausdehnung der ausgebildeten Domanenwand im Ferrimagneten. Anschliesend wurden zusatzlich die ferromagnetischen [Co/Pt]n-Multilagen systematisch in den magnetischen Eigenschaften variiert. Neben der Co-Einzelschichtdicke wurde die Wiederholungszahl n variiert. Als ferrimagnetischer Kopplungspartner wurden exemplarisch jeweils eine Tb- und 3d-dominante binare TbFe- und TbCo-Legierung (20 nm) gewahlt. Temperaturabhangig wurden die Kopplungseigenschaften (Schaltverhalten, Austauschfelder) aller kombinierter Heterostrukturen analysiert. Neben der verschobenen Hysteresen des Ferromagneten konnten die des Ferrimagneten aufgezeigt werden. In Heterostrukturen mit Co-basierten Ferrimagneten zeigte sich eine Systematik der Austauschfelder in Abhangigkeit von den magnetischen Eigenschaften des Ferromagneten, im Gegensatz zu Heterostrukturen mit Fe-basierten Ferrimagneten. Dieser Unterschied wird in einer starken Abhangigkeit der Kopplungsstarke an der Grenzflache von den Abstanden der Fe-Fe Paare nach der Durchmischung wahrend des Wachtumsprozesses begrundet. Im vierten Abschnitt wurde ein auf Fe-basiertes ferromagnetisches FePtCu-System als Kopplungspartner gewahlt. Hierbei sollte der Kopplungsmechanismus basierend auf einer reinen Fe-Fe Wechselwirkung an der Grenzflache analysiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass bei diesen Systemen die Wechselwirkung der Einzelschichten so schwach ist, dass keine Verschiebung einer magnetischen Hysterese entlang der Feldachse resultiert. Erst bei zusatzlicher Co-Zufuhr in die ferrimagnetische Schicht, konnte der Exchange-Bias Effekt mit hohen Austauschfeldern nachgewiesen werden. Zuletzt wurde eine Bilage bestehend aus zwei rein Fe-basierten Ferrimagneten unterschiedlicher Zusammensetzung (Tb36Fe64/Tb19Fe81) und variierender Einzelschichtdicke, jedoch gleichbleibender Gesamtschichtdicke von 20 nm, analysiert. Abhangig vom gewahlten Schichtdickenverhaltnis und der Temperatur konnte die gleichzeitig in positive und negative Feldrichtung auftretende Verschiebung von Hysteresen mit unterschiedlicher Form und unterschiedlich hohen Austauschfeldern unterhalb von 200 K beobachtet werden. Ein uber den Kuhlprozess und der Durchmischung hervorgerufener hartmagnetischer Bereich an der Grenzflache ist als Ursache fur diesen Effekt zu sehen.