Investigation of magnetization dynamics of vortices probed by high frequency scanning tunneling microscopy
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes sollte die Magnetisierungsdynamik von magnetischen Nanostrukturen untersucht werden. Hierfür wurden 10 nm hohe Eisen-Inseln auf einem Wolfram(110)-Substrat präpariert, die aufgrund ihrer geringen magnetischen Anisotropie eine magnetische Vortexstruktur zeigen. Alle Untersuchungen wurden mit spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie bzw. -spektroskopie (SP-STS) bei 9K durchgeführt. Die Messung der Magnetisierungsdynamik erfolgte mit Hilfe eines EigenbauHochfrequenz-Rastertunnelmikroskops im Ultrahochvakuum. Für die magnetische Anregung wurde ein spinpolarisierter Tunnelstrom von einer Chrom-Spitze in die Probe induziert. Durch eine Sinus-Spannung variabler Frequenz wurde versucht, den Vortexkern resonant auf eine Kreisbahn anzuregen. Messungen bis 3,2 GHz und 320 nA Tunnelstrom ergaben allerdings kein resonantes Signal. Dies könnte zum einen an einem zu geringen Signal-Rauschverhältnis liegen. Zum anderen könnte die Vortexkernbewegung durch Oberflächenadsorbate behindert werden, bzw. bei höheren Resonanzfrequenzen liegen. Im weiteren Verlauf des Projektes haben wir uns daher darauf konzentriert, das Signal-Rauschverhältnis zu optimieren und die Wechselwirkung des Vortexkerns mit den Adsorbatmolekülen auf der Probenoberfläche zu untersuchen. Eine Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses kann durch kleinere Vortexkerndurchmesser erreicht werden, der durch senkrecht angelegte, äußere Magnetfelder B┴ beeinflusst werden kann. Wir konnten ein Pinning des Vortexkerns an einzelnen Oberflächen-Adsorbaten in Abhängigkeit des Kerndurchmessers finden. Durch zusätzliche Magnetfelder in der Probenoberfläche B|| wurde der Vortexkern auf definierten Strecken über die Oberfläche geschoben und eine Feld-Beweglichkeit des Kerns bestimmt. Mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen konnte aus den gemessenen Daten eine Pinning-Energie für verschiedene Vortexkerndurchmesser ermittelt werden. Eine Publikation in Zusammenarbeit mit Theoretikern vom Forschungszentrum Jülich (S. Lounis), die mit DFT basierten Rechnungen verglichen wurde, ist in Arbeit.
