Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Kopplung und Dynamik in magnetischen Mikrostrukturen. Als experimentelle Methode dient die zeitaufgelöste Photoelektronenemissionsmikroskopie (TR-PEEM). Diese Methode erlaubt einerseits eine elementspezifische Abbildung der Magnetisierung, was bei Mehrfachschichten von besonderem Vorteil ist, andererseits lässt sich die Magnetisierungsdynamik auf einer Pikosekunden-Zeitskala stroboskopisch aufzeichnen. Mit kurzen Magnetfeldpulsen werden Präzessions- und Gyrationsmoden in magnetischen Einfach- und Dreifachlagen-Mikrostrukturen angeregt. Ihre Frequenz und Amplitude ist insbesondere von der Domänenkonfiguration und der Wechselwirkung der magnetischen Schichten abhängig. Es werden die angeregten Moden in Permalloy (Py) -Mikrostrukturen verschiedener Form und Domänenkonfiguration gegenübergestellt. Dabei wird gezeigt, das die Präzessionsfrequenz in den Domänen größer ist, wenn diese an eine cross-tie-Wand angrenzen. Mikromagnetische Simulationen geben darüber hinaus Aufschluss über die Vortex-Dynamik, insbesondere über den Einfluss (i) von Domänenwänden auf die Vortex-Gyration und (ii) der Präzessionsbewegung der Magnetisierung auf die Schaltprozesse des Vortex-Zentrums. Die Dreifachlagen- Mikrostrukturen bestehen aus einer Py-Schicht und einer Co-Schicht, die durch eine dünne Cu-Schicht getrennt sind. Es wird zunächst die Wechselwirkung der beiden magnetischen Schichten über die nichtmagnetische Zwischenschicht ohne Anregung (statisch) untersucht. Das Experiment zeigt, dass die Domänenwände in der magnetisch weicheren Py-Schicht abhängig von der Dicke der Cu-Schicht eine komplexe innere Struktur besitzen. Diese Beobachtung wird mit mikromagnetischen Simulationen verglichen und mit magnetostatischen Streufeldern erklärt. Die Magnetisierungsdynamik der Dreifachlagen- Mikrostrukturen wird vorwiegend mit mikromagnetischen Simulationen untersucht. Sie zeigen, dass (i) die Magnetisierungsdynamik sowohl in der magnetisch weicheren als auch in der magnetisch härteren Schicht von der gegenseitigen Wechselwirkung beeinflusst wird und (ii) die Gyration der Domänenwände von ihrer inneren Struktur in der Py-Schicht abhängig ist. Um bei BESSY II das Nutzer-Experiment SPEEM für zeitaufgelöste Messungen zu erweitern, wurde dort ein Femtosekunden-Laser-System aufgebaut, das im Rahmen dieser Arbeit erfolgreich in Betrieb genommen wurde. In diesem Zusammenhang wurde das gesamte Experiment von dem PEEM der AG-Kuch auf das SPEEM umgestellt. Die Methode zur Probenkontaktierung wurde dabei mit einem modifizierten Probenhalter erheblich vereinfacht.
This thesis deals with the coupling and dynamics in magnetic microstructures. Time-resolved photoelectron emission microscopy (TR-PEEM) serves as experimental method. This method allows on the one hand an element-specific imaging of the magnetization, which is an essential advantage for multilayered samples, on the other hand the magnetization dynamics can be followed stroboscopically on a picosecond time scale. With short magnetic pulses precession and gyration modes are excited in magnetic single- and multilayered microstructures. Their frequency depends particularly on the domain configuration and the interaction of the magnetic layers. The excited modes in Permalloy (Py) microstructures with different shape and domain configuration are contrasted. It is shown that the precession frequency is higher in the presence of a cross-tie wall. Micromagnetic simulations in addition give insight to the vortex dynamics, especially to the influence of (i) domain walls on the vortex gyration and (ii) the magnetization precession in the domains on the switching of the vortex core. The trilayer microstructures consist of a Py layer and a Co layer, separated by a thin Cu layer. First the interaction of the magnetic layers through the non-magnetic Cu spacer layer is investigated statically, i.e. without excitation. It is shown that the domain walls in the magnetically softer Py layer have a complex inner structure depending on the thickness of the Cu layer. This observation is compared to micromagnetic simulations and explained by magnetostatic strayfields. The magnetization dynamics of the trilayer microstructures is mainly investigated by micromagnetic simulations. They show that (i) the magnetization dynamics is influenced by the coupling in both, the magnetically harder as well as in the magnetically softer layer, and (ii) the gyration of the domain walls depends on their inner structure in the Py layer. To extend the user experiment SPEEM at BESSY II for time-resolved measurements, a femtosecond laser system has been set up, which started its operation during this thesis. In this context, the experiment has been moved from the PEEM of the AG-Kuch to the SPEEM. The mechanism for sample contacting has been simplified significantly with a new sampleholder.
