Diese Arbeit befasst sich mit Spinstrukturen in in-plane (in der Ebene) magnetisierten, strukturierten Dünnfilmen. Bei den eigentlichen Messungen wurden hauptsächlich röntgenmikroskopische magnetische Abbildungsverfahren angewendet.

Die Messungen selbst konzentrieren sich auf die lokale Magnetisierung der Strukturen. Es wurden zwei unterschiedliche magnetische Systeme untersucht.


In Permalloy, einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung (Ni₈₀Fe₂₀) wurde das dynamische Verhalten magnetischer Domänenwände analysiert. Mit orts- und zeitaufgelösten pump-probe-Messungen wurde die Reaktion einer Domänenwand auf kurze Magnetfeldpulse abgebildet. Diese Messungen ermöglichen es, die Trägheit dieses Quasiteilchens direkt abzubilden und die Ursachen dieses Verhaltens zu bestimmen, die auf der Verschiebung von Energie zwischen verschiedenen Energiereservoirs basieren. Eine lokale Deformierung der Spinstruktur in den ersten 200 ps der Anregung speichert hier zunächst die zugeführte Zeeman-Energie in Form von Austauschenergie. Das führt zu einer verzögerten Domänenwandbewegung, ähnlich einer trägen Masse. Die Domänenwand, die sich durch ein attraktives Potential wieder in die Ursprungsposition bewegt, zeigt bei diesem Prozess, angetrieben durch zuvor gespeicherte Austauschenergie, eine oszillierende Bewegung, ähnlich eines klassischen gebremsten Pendels. Diese, der klassischen Trägheit ähnelnden Effekte, können durch eine Quasimasse der Domänenwand beschrieben werden, die in diesem speziellen Fall (1.3+-0.1)^-24 kg beträgt. Technologisch interessant ist die Bewegung von Domänenwänden in Nanodrähten durch elektrische Ströme, da sich dadurch interessante Anwendungen ergeben, wie zum Beispiel das von Parkin vorgeschlagene “Racetrack Memory”.
Die hier als einzelne Bits interpretierten Domänenwände sollen wie Perlen an einer Schnur durch einen elektrischen Strom verschoben werden. Die bisher verwendeten Stromdichten, die für diese Bewegung nötig waren, befinden sich in einer Größenordnung, die der Zerstörung des Nanodrahtes nahe kommt. Das Depinnen einer Domänenwand hängt unter anderem von der Beschaffenheit des Drahtes ab. Durch einen besonderen Strukturierungsprozess ist es gelungen, glatte Ränder der Nanodrähte zu erzeugen, was das Loslaufenlassen der Domänenwand vereinfacht und auch während der Bewegung weniger Widerstand leistet. Die kritische Stromdichte für die stromgetriebene Domänenwandbewegungen konnte durch diese Maßnahme etwa um einen Faktor vier gesenkt werden.

Der auf die Domänenwand wirkende spin-torque ist proportional zu P/Ms.
Hierbei ist P die Spinpolarisation an der Fermienergie und Ms die Sättigungsmagnetisierung.
Für eine weitere Senkung der kritischen Stromdichte ist also eine Erhöhung der Spinpolarisation und eine Verringerung der Sättigunsmagnetisierung von Vorteil, was durch die Verwendung von ferromagnetischen Halbmetallen erreicht werden kann.


Ferromagnetische Halbmetalle besitzen an der Fermienergie ein metallisches und ein halbleitendes Leitungsband. Das besetzte Leitungsband besitzt ausschließlich eine Spinrichtung, was theoretisch zu einer 100%igen Spinpolarisation des elektrischen Stromes in diesem Material führt. Diese Eigenschaft macht solche Materialien für zukünftige Spintronik-Anwendungen interessant. Auch für stromgetriebene Domänenwandbewegungen ist eine hohe Spinpolarisation von Vorteil, da die auf die Domänenwand wirkende Kraft mit dieser Polarisation skaliert. Experimente und Anwendungen, die auf diesen Materialien beruhen, setzen ein grundsätzliches Verständnis der Spinstrukturen in strukturierten Elementen
voraus. Da diese Materialen besondere Wachstumsbedingungen benötigen um epitaktisch zu wachsen, spielt außerdem der Herstellungsprozess der Proben eine wichtige Rolle.

In dieser Arbeit wurden verschiedene Strukturierungsverfahren für La_0.7Sr_0.3MnO₃
(LSMO) und Heusler Legierungen verwendet, um magnetische und halbmetallische Elemente im Mikro- und Nanometerbereich zu erzeugen. Die erzeugten Strukturen wurden statisch durch magnetische Röntgenmikroskopie untersucht. Eine vergleichsweise schwache kristalline uniaxiale Anisotropie in LSMO wurde durch hochqualitative Dünnfilme erreicht. Durch diese geringe magnetokristalline Anisotropie kann der Einfluss der Formanisotropie für Strukturen bis zu einer Größe von mehreren Mikrometern dominieren. Experimente mit in situ angelegten magnetischen Feldern und erhöhten Temperaturen bis über die Curietemperatur wurden durchgeführt, um lokale Veränderung der Magnetisierung zu beobachten. Die gewonnen Daten geben Aufschluss über das Verhalten der Spinstrukturen, insbesondere
der von Domänenwänden.

Die experimentell gewonnen Ergebnisse werden durch numerische Simulationen gestützt, die auf die speziellen experimentellen Bedingungen angepasst worden sind. Diese theoretische Betrachtung erleichtert die Interpretation komplizierter Spinstrukturen und ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen Experiment und Theorie.