title: Magnetization dynamics of confined ferromagnetic systems
Creators: name: Neudecker, Ingo
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2006
Subjects: subject: Spindynamik , Ferromagnetische Resonanz , Spinwellenresonanz , Magnetoelektronik , Ferromagnetische Schicht , Galliumarsenid , Mikromagnetismus , dynamischer Magnetismus , magnetische Eigenschaften von Mikrostrukturen , spin dynamics , magnetic properties of microstructures , ferromagnetic resonance , spinwave resonance
subject: 530 Physik
subject: 76.50.+g
subject: 75.30.Ds
subject: 75.75.+a

description: The aim of this thesis is to shed light into the resonantly excited spin wave spectrum of confined ferromagnetic systems. When exposing a magnetic sample to an ac magnetic field with appropriate frequency, the magnetization starts to precess around its equilibrium position at a characteristic resonance frequency. In the present work the dynamic response of the magnetization was probed by employing both inductive as well as spatially resolved optical techniques. In doing so, sinusoidal excitation is emphasized. However, the results obtained from the novel frequency domain techniques are compared to well established techniques in the time (applying a field pulse) and field domain (conventional ferromagnetic resonance).\\ First the dynamic response of a well characterized ultrathin Fe film on GaAs(001) substrate was investigated by means of the novel inductive vector network analyzer ferromagnetic resonance technique. In order to test the reliability of this novel technique, the obtained results are compared in terms of resonance frequency and magnetic damping to pulsed inductive microwave magnetometry, time resolved scanning Kerr microscopy, and conventional ferromagnetic resonance. In addition, all techniques are compare regarding their signal to noise ratios. \\ In the second experimental part of the thesis the absorption spectrum of permalloy disks with 200~nm diameter demonstrates the potential of the network analyzer ferromagnetic resonance technique for the investigation of nano-structured magnetic elements having nonuniform magnetization configuration. The results are compared to data from Brillouin light scattering and numerical calculations.\\ On this basis larger disks with 4 micrometer diameter were investigated in order to reveal the modal pattern. Spatially resolved optical techniques allowed to investigate the disks both in their remanent vortex state and as a function of an external in-plane magnetic field.\\ Finally, the modal pattern of ferromagnetic ring structures is presented and discussed. Again, inductive and spatially resolved optical techniques disclose the resonant mode spectrum and pattern in the remanent states and as a function of an externally applied in-plane field.\\ Micromagnetic simulations were employed to back up the experimental results.
description: Die Arbeit stellt Untersuchung von resonant angeregten Spinwellen in räumlich eingeschränkten ferromagnetischen System vor. Regt man den magnetischen Grundzustand mit Hilfe eines alternierenden Magnetfelds an, so beginnt die Magnetisierung mit einer charakteristischen Frequenz um ihre Gleichgewichtslage zu präzedieren. Diese Präzesion wurde mit induktiven als auch optischen Methoden untersucht, wobei die optischen Techniken eine räumliche Auflösung der Anregungsmuster ermöglichen. Dabei wird in der Arbeit in erster Linie auf die Anregung mit sinusförmigem ac Feld eingegangen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse, die mit Hilfe dieser neuartigen Techniken im Frequenzraum gewonnen wurden mit etablierten Methoden sowohl in der Zeitdomäne (Anwendung eines kurzen Feldpulses) als auch in der Felddomäne (konventionelle ferromagnetische Resonanz) verglichen. Der erste experimentelle Teil der Arbeit behandelt die resonante Antwort eines umfassend charakterisierten ultradünnen Fe Films auf GaAs(001) Substrat. Der Film wurde mit Hilfe der neuartigen induktiven Vektor Netzwerkanalysator ferromagnetischen Resonanz Technik untersucht. Um die Verlässlichkeit dieser Methode zu testen werden die gewonnenen Ergebnisse bezüglich der Resonanzfrequenz und der magnetischen Dämpfung mit gepulster induktiver Mikrowellen-Magnetometrie, zeitaufgelöster Raster-Kerr-Mikroskopie und konventioneller ferromagnetischer Resonanz verglichen. Darüber hinaus werden alle Methoden in Bezug auf ihr Signal zu Rausch Verhältnis diskutiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird anhand der Messung von Permalloy Kreisscheiben mit einem Durchmesser von 200 nm das Potential der induktiven Vektor Netzwerkanalysator ferromagnetischen Resonanz zur Untersuchung nano-strukturierter Elemente mit nicht uniformer Magnetisierung demonstriert. Die Ergebnisse werden mit Daten aus Messungen mit Brillouin Licht Streuung und numerischen Rechnungen verglichen. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde das Modenspektrum von Kreisscheiben mit 4 Mikrometer Durchmesser untersucht. In diesem Zusammenhang ermöglichen optische Messmethoden die räumliche Struktur der Moden sowohl im remanenten Vortexzustand also auch als Funktion eines äußeren statischen "in-plane" Magnetfeldes zu untersuchen. Schließlich wird noch das resonante Anregungsspektrum von ferromagnetischen Ringstrukturen vorgestellt und diskutiert. Induktive wie auch optische Methoden ermöglichen die Untersuchung des Modenspektrums der Ringe wiederum sowohl in ihren remanenten Zuständen als auch als Funktion eines äußeren statischen "in-plane" Magnetfelds. Vergleiche der experimentellen Ergebnisse mit Mikromagnetische Simulationen zeigen hervorragende Übereinstimmung.