Manipulation of Magnetic Domain Walls and Vortices by Current Injection
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Die vorherrschenden Magnetisierungskonfigurationen in Mikrometer kleinen weichmagnetischen Drähten und Scheiben sind Domänenwände und Vortices. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Manipulation solcher Konfigurationen mithilfe spinpolarisierter Ströme. Für die Untersuchung der lithografisch hergestellten Strukturen werden Röntgen-Photoemissions-Elektronen-Mikroskope verwendet. Unter Ausnutzung des zirkularen Dichroismus kann die Magnetisierung in der Probe hoch aufgelöst abgebildet werden. Die Experimente teilen sich in zwei Gruppen: Untersuchungen der strominduzierten Domänenwandbewegung in magnetischen Drähten und Untersuchungen zu strominduzierten Vortexkernverschiebungen in magnetischen Scheiben. Erstere beschäftigen sich unter anderen mit systematischen Studien zu den kritischen Stromdichten, die erforderlich sind, um Domänenwände zu verschieben. Des Weiteren werden die strominduzierten Umwandlungen des Domänenwandtypes sowie die Abhängigkeit der Domänenwandgeschwindigkeit von der Stromdichte untersucht. Diese Studien beziehen sich auf das Material Permalloy (Ni80Fe20). Die Ergebnisse erlauben Rückschlüsse bezüglisch des nicht-adiabatischen Spintransfer Terms. Dieser Beitrag und der mit ihm assoziierte nicht-adiabatische Parameter wird gegenwärtig kontrovers diskutiert. Die Untersuchungen zeigen unter anderem, dass der nicht-adiabatische Parameter größer als die Dämpfungskonstante ist. Die Studien zur strominduzierten Domänenwandverschiebung werden vervollständigt durch Untersuchungen an anderen Materialien, wie zum Beispiel bei der Multilagenschicht Pt/CoFeB/Pt, in dem die Magnetisierung aus der Probenebene hinaus zeigt. In diesem System wird der dominante Einfluss des Oersted Feldes auf die magnetischen Domänenkonfiguration nachgewiesen. Dieser ermöglicht alternativ zu dem Spintransfer eine gezielte Manipulation der Spinkonfiguation über das Oersted Feld. Die Untersuchungen der strominduzierten Vortexkernverschiebung in magnetischen Scheiben basieren auf einer neuenMessmethode, die im Rahmen der Doktorarbeit entwickelt wurde. Diese erlaubt es, während der Strominjektion Bilder der magnetischen Konfiguration aufzunehmen. Unter Ausnutzung der speziellen Vortextopologie gelingt so erstmals eine Trennung der verschiedenen Effekte, über die der Strom auf die Spinstruktur wirkt. Dadurch lassen sich die relativen Stärken des adiabatischen und nicht-adiabatischen Spin-Transfer Terms sowie des Oersted Feldes bestimmen. Insbesondere gelingt auf diese Weise eine Bestimmung des nicht-adiabatischen Parameters zu 0.15. Die experimentellen Ergebnisse werden ergänzt durch analytische Rechnungen sowie mikromagnetische Simulationen, die einen besseren Vergleich von Theorie und experimentellen Ergebnissen gestatten und somit zu einem besseren Verständnis beitragen. Die im Verlauf dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse zeigen deutlich die wichtige Rolle des nicht-adiabatischen Term für den Spintransfer zwischen injizierten Strom und lokaler Magnetisierung.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
This thesis deals with the interaction of spin-polarized currents with the spin configuration in magnetic wires and disks. The samples are studied by high resolution X-ray magnetic circular dichroism - photo emission electron microscopy and the experiments can be separated in two groups. The study of current-induced domain wall motion in magnetic wires and the study of current-induced vortex core motion in magnetic disks. The first part included systematic experiments on the origin of the critical current densities required for domain wall motion and current-induced domain wall transformations. The results show that the non-adiabaticity parameter is larger than the damping constant in Permalloy (Ni80Fe20). In other materials a strong contribution of the Oersted-field is found to dominate over the spin-torque effect. The study of the current-induced vortex core displacements is based on a new measurement technique, that was developed as part of this thesis. The results allow for a separation of the different torques acting on the vortex core motion. This enables a direct determination of the non-adiabaticity parameter and a value of about 0.15 is found for Permalloy. This large value shows the importance of the non-adiabatic spin transfer on the magnetization dynamics.
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ISO 690
HEYNE, Lutz, 2010. Manipulation of Magnetic Domain Walls and Vortices by Current Injection [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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