Optically-induced magnetization reversal of coupled zero moment ferrimagnets and synthetic ferrimagnets
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde das Potential von rein optischem Schalten (all-optical switching, AOS) als neuartiger Ansatz zur ultraschnellen Ummagnetisierung in der zukünftigen Informationstechnologie untersucht. Hierzu wurden verschiedene neuartige Materialsysteme wie ferrimagnetische Seltenerd- Übergangsmetall-(RE-TM)-Legierungsfilme und Heterostrukturen mit kompensiertem Gesamtmoment sowie synthetische Ferrimagnete auf Basis von antiferromagnetisch gekoppelten ferromagnetischen Lagen hergestellt und charakterisiert. Zunächst wurden die statischen magnetischen Eigenschaften dieser Schichtsysteme bestimmt. Hierbei zeigten Legierungsschichten basierend auf Tb-Ni erst bei tiefen Temperaturen unterhalb von 50 K einen ferrimagnetischen Grundzustand und waren daher für fortführende AOS Experimente ungeeignet. Hingegen konnte für ferrimagnetische TbFe/TbFe Heterostrukturen unterschiedlicher Zusammensetzung und Schichtdicke das bekannte AOS Kriterium einer geringen remanenten Magnetisierung verifiziert werden. Interessante Ergebnisse zu AOS konnten auch an TbFe Einzelschichten in Abhängigkeit der Schichtdicke sowie an ionenbestrahlten Einzelschichten erhalten werden. So konnte eine starke Erhöhung der Kompensationstemperatur mit Zunahme der Schichtdicke beobachtet und das AOS Kriterium bestätigt werden. Überraschend war jedoch die Beobachtung eines enormen positiven und negativen Austauschfeldes von mehreren Tesla in gekoppelten TbFe/TbFe Heterostrukturen. An antiferromagnetisch gekoppelten ferromagnetischen Co/Pd Lagen konnte nur ein thermisch induziertes Ummagnetisierungsverhalten nachgewiesen werden, jedoch kein helizitätsabhängiges AOS. In der letzten Phase des Projekts wurden ferrimagnetische Schichten auf vorstrukturierte Substratoberflächen abgeschieden. Hierzu wurden zwei magnetische Kopplungsfälle untersucht: (i) Austauschgekoppelte Nanostrukturen und (ii) austausch-isolierte Nanostrukturen, welche sich durch die Schichtdicken relativ zur Nanostrukturgröße einstellen läßt. Während kontinuierliche Filme helizitätsabhängiges AOS zeigen, konnte dies für Nanostrukturen bisher nicht bestätigt werden.
Publications
- “Ferrimagnetic Tb-Fe Alloy Thin Films: Composition and Thickness Dependence of Magnetic Properties and All-Optical Switching”, Frontiers in Materials 3, 8 (2016)
B. Hebler, A. Hassdenteufel, P. Reinhardt, H. Karl, and M. Albrecht
(See online at https://doi.org/10.3389/fmats.2016.00008) - “Double exchange bias in ferrimagnetic heterostructures”, Phys. Rev. B 95, 104410 (2017)
B. Hebler, P. Reinhardt, G. L. Katona, O. Hellwig, and M. Albrecht
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.104410)
