Periode 2006-2009 Teilprojekte B

Teilprojekte im Projektbereich B

Die einzelnen Teilprojekte (TP) bearbeiten schwerpunktmäßig folgende Gebiete:

B2: Kondo-Effekt und Superaustauschwechselwirkung in magnetischen Clustern und Spinketten

In TP B2 wird der Transport durch kompakte magnetische Cluster und durch lineare Spinketten theoretisch untersucht. Ziel ist das Verständnis von Quantenphasenübergängen, die unter Berücksichtigung der spezifischen Substrateigenschaften durch Superaustauschwechselwirkung und Kondoeffekt entstehen. Quantenfluktuationen spiegeln sich wider in der Temperaturabhängigkeit der Spinstreurate und der Tunnelzustandsdichte, die mit SP-RTM im Projektbereich A erfasst wird. Bei Spinketten wird zusätzlich berücksichtigt, dass sie durch Unregelmäßigkeiten in der atomaren Struktur stark ungeordnet sind und dass Spinwellen durch das RTM angeregt werden können.

B3: Temperatur- und Quantenfluktuationen in magnetischen Nanoteilchen

In TP B3 werden thermodynamische und dynamische Eigenschaften einzelner magnetischer Nanoteilchen und deren Arrays verschiedener Form und Struktur berechnet. Zum Einsatz kommen klassische sowie Quanten-Monte-Carlo-Methoden. Es wird hier zwischen den zwei Bereichen der thermischen und der Quanten-Fluktuationen unterschieden. Ergebnisse aus diesem Teilprojekt zum temperaturinduzierten Übergang von der geordneten in die paramagnetische Phase stehen in engem Zusammenhang mit dem experimentellen Teilprojekt B4. Für TP B6 ist relevant, wie die magnetostatische Wechselwirkung im Array die Phasengrenze verändert.

B4: Thermisch aktivierte Magnetisierungsumkehr und strominduziertes Schalten mittels spinpolarisiertem RTM

Thermisch aktivierte Magnetisierungsumkehr und strominduziertes Schalten werden in TP B4 mittels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie untersucht. An selbstorganisiert gewachsenen, nanoskaligen Inseln werden superparamagnetische Schaltprozesse lokal detektiert und die Einflüsse von Austauschwechselwirkung, Anisotropie und lokalen Inhomogenitäten auf die Schaltrate aufgeklärt. Beim strominduzierten Schalten soll abhängig von der relativen Position der RTM-Spitze der benötigte Grenzstrom ermittelt werden.

B5: Magnetische Dynamik in lateralen Nanostrukturen untersucht mit pump-probe Techniken im sichtbaren und XUV Spektralbereich

Ultraschnelle Ent- und Ummagnetisierungsprozesse werden in TP B5 untersucht, indem pump-probe-Techniken im sichtbaren und im XUV-Spektralbereich eingesetzt werden. Der Röntgendichroismus wird genutzt für elementspezifische Analysen der Dynamik und für die Messung des transienten Verhaltens des Magnetisierungsvektors. Durch zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie mit gepulster XUV-Strahlung soll insbesondere die fs-Dynamik der magnetischen Momente an der Oberfläche abgetastet werden.

B6: Spin- und Magnetisierungsdynamik in magnetischen Nanostrukturen

Komplementär zu den optischen Methoden werden in TP B6 elektrische Messtechniken genutzt, die bis hinab zur 20 ps-Zeitskala reichen. Zum einen sollen Nanokristalle und -cluster in temperaturabhängigen Magnetresonanz-Messungen dahingehend untersucht werden, wie Anisotropiebeiträge und magnetische Wechselwirkungen die Ensembleeigenschaften bestimmen. Zum anderen werden lithographische Nanostrukturen, speziell NiFe-Ringe, eingesetzt, um ein detailliertes Verständnis von quantisierten Moden und von Spinwellen in inhomogenen Magnetfeldern zu gewinnen. Die elektrische Spinwellen-Spektroskopie soll durch Nutzung des Spinmomentübertrags hinsichtlich Ortsauflösung methodisch weiterentwickelt werden.

B7: Quantisierte Spinwellen in magnetischen Nanostrukturen mittels inelastischer Rastertunnelspektroskopie

In TP B7 ist geplant, mit der spinauflösenden inelastischen Rastertunnelspektroskopie Spinwellen in magnetischen Nanoinseln, die durch Selbstorganisation gewachsen werden, lokal zu detektieren. Die Anregung soll mit tunnelnden Elektronen im RTM erfolgen. Diese Methode stellt experimentelles Neuland dar und bietet die äußerst interessante Möglichkeit, Austausch-dominierte stehende Spinwellen in Nanoinseln sowie in atomaren Ketten zu spektroskopieren und Quantisierungsenergien in Abhängigkeit von Form und Größe zu ermitteln.

B10: Strominduzierte Domänenwandbewegung

Zur Abbildung quasistationärer Zwischenzustände bei der strominduzierten Domänenwandverschiebung wird in TP B10 die lateral hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie mit Polarisationsanalyse (SEMPA) eingesetzt. Durch Strukturierung mit einem fokussierten Ionenstrahl und durch die Wahl des Materials sowie der Schichtdicke werden die Domänenwandbreite und -form variiert. Dieses verändert gezielt die Anteile von Spinmoment- und Impulsübertrag. Über zusätzlich eingebrachte Haftzentren soll die magnetische Feinstruktur der Domänenwand so manipuliert werden, dass die Stärke der Strom-Domänenwand-Wechselwirkung quantifiziert werden kann.

B11: Elektronentransport in ferromagnetischen Nanostrukturen

In TP B11 werden lithographisch maßgeschneiderte Domänenkonfigurationen hergestellt, um in elektrischen Messungen den Domänenwandwiderstand vom anisotropen Magnetowiderstand zu separieren. Interessant dabei ist insbesondere der Einfluss von zusätzlichen Störstellen. Mit Hilfe gepulster Ströme bis hinab in den 100 ps-Zeitbereich werden die Schwellstromdichten für Domänenwandbewegungen im Fall von Spinmoment- bzw. Impulsübertrag ermittelt. Resonante Domänenwandanregungen zwischen künstlichen Haftzentren sind geplant.

B12: Elektronentransport und Dynamik von Domänenwänden in Nanodrähten

Mikroskopische Ursachen der Domänenwandverschiebung werden in TP B12 theoretisch behandelt. Ziel ist es, Spinmoment- und Impulsübertrag im Zusammenhang mit dynamischen Aspekten wie Spinwellenanregung und Spin-Bahn-Wechselwirkung zu betrachten, indem die Streuzustände und die zeitabhängigen Strom- und Spinverteilungen selbstkonsistent berechnet werden. Es wird sowohl der semiklassische Grenzfall mit mean-field-Methoden betrachtet als auch ein quantenmechanisches Gittermodell auf der Grundlage numerischer Methoden eingesetzt. Die theoretisch hergeleiteten Transporteigenschaften sollen mit den experimentellen Werten aus dem Teilprojekt B11, die berechneten Spinkonfigurationen mit der direkten Abbildung durch SEMPA in TP B10 verglichen werden.

B13: Domänenwandbewegung in magnetischen Nanostäben mit radial modulierten Durchmessern

Im TP B13 sollen das Umschaltverhalten und die Bewegung von Domänenwänden in magnetischen Nanostäben mit modulierten Durchmessern untersuchen werden. Vergleichbare Untersuchungen wurden bisher nur an planaren Nanostäben durchgeführt, deren Querschnitt lediglich in einer Dimension mittels lithographischer Verfahren manipuliert werden konnte. Wir möchten unsere Expertise zur Entwicklung von hoch präzisen Templatstrukturen einbringen, um erstmalig anisotrope magnetische Nanoobjekte mit Rotationssymmetrie zu erzeugen.