Browsing by Author "Kammerer, Matthias"

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Spinwelleninduziertes Schalten magnetischer Vortexkerne
(2012) Kammerer, Matthias; Schütz, Gisela (Prof. Dr.)
Ziel dieser Arbeit war das selektive Anregen und Beobachten azimutaler Spinwellen in magnetischen Vortexstrukturen mit Hilfe von rotierenden GHz-Feldern. Die Symmetriebrechung dieser Spinwellen durch den Vortexkern wurde im weiteren Verlauf zur unidirektionalen Inversion seiner Polarität ausgenutzt. Auf Basis einer Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung von rotierenden Feldern im sub-GHz Bereich wurde ein Anregungskonzept entworfen, welches die Erzeugung von rotierenden Feldern mit Frequenzen von mehr als 10 GHz erlaubt. Durch eine nicht isolierte, gekreuzte Leiterbahn unterhalb der Probe wurden dazu senkrecht zueinander orientierte AC Ströme mit definierter Phasenbeziehung geleitet. Neben der speziellen Treiberschaltung war die Entwicklung einer hochfrequenztauglichen Platine mit Hilfe von Time Domain Reflektometrie und Netzwerkanalyse nötig, womit im gewünschten Frequenzbereich ein Dämpfungsverhalten von wenigen dB erzielt wurde. Durch Optimierung der zeitaufgelösten Messmethodik am neuen Röntgenmikroskop MAXYMUS an der BESSY II in Berlin wurden Momentaufnahmen der Magnetisierung mit Zeitschritten bis unter 10 ps ermöglicht, womit magnetostatische Spinwellen, sowie das damit verbundene Schalten des Vortexkerns zeitaufgelöst abgebildet werden kann. Zunächst wurde das Spinwellenspektrum der verwendeten Vortexstruktur in Pump-Probe-Experimenten breitbandig angeregt und mit Hilfe von lokalen Fouriertransformationen analysiert. Die Ergebnisse wurden mikromagnetischen Simulationen gegenübergestellt und durch diese vervollständigt. Die rotierenden GHz-Felder ermöglichten erstmals eine selektive Anregung einzelner azimutaler Moden. Zeitaufgelöste Abbildungen der Magnetisierungsdynamik mit einer Ortsauflösung von ca. 30 nm ermöglichten die Beobachtung prinzipieller Unterschiede in der Struktur entgegengesetzt rotierender Eigenmoden. Zur Erklärung dieser Phänomene wurde ein anschauliches Modell entwickelt, welches durch umfassende Simulationen bestätigt werden konnte. Eine selektive Anregung dieser Moden mit rotierenden GHz-Bursts war die Voraussetzung für unidirektionales Umschalten des Vortexkerns. Im Experiment wurden Phasendiagramme zum Schalten des Vortexkerns über einen weiten Frequenz- und Amplitudenbereich erstellt, welche nicht nur theoretische Vorhersagen bestätigen, sondern weit über diese hinaus gehen. Zeitaufgelöste Momentaufnahmen, sowie Resultate aus vergleichbaren mikromagnetischen Simulationen, bestätigten die Interpretation des Schaltmechanismus als spinwelleninduziertes Schalten durch gezielte Anregung gewisser azimutaler Eigenmoden. Umfangreiche Simulationen wurden zur detaillierteren Untersuchung der Dynamik dieses Schaltprozesses durchgeführt und analysiert. Im Rahmen des oben angesprochenen Modells konnten viele der Beobachtungen vor und nach dem Schalten des Vortexkerns qualitativ beschrieben und erklärt werden, insbesondere viele charakteristische Unterschiede zwischen entgegengesetzt rotierenden Eigenmoden. Im Hinblick auf technologische Anwendungen wurde schließlich ein möglichst schnelles Schalten unter Einhaltung der Selektivität durch möglichst kurze Feldbursts untersucht. Bei der gegebenen Probe konnte mit hoch zeitaufgelösten Expermimenten ein unidirektionales Schalten bei einer Burstlänge von rund 200 ps beobachtet werden. Die Analyse der entsprechenden mikromagnetischen Simulationen zeigt hier eine Verzögerung des Umschaltprozesses von bis zu mehreren 100 ps nach dem Abschalten des Bursts. Mit Hilfe von geometrischen Überlegungen konnte diese Verzögerung auf die Laufzeit der homogen eingekoppelten Störung vom Außenbereich ins Zentrum der Vortexstruktur erklärt werden. Die Arbeit schließt mit ersten Ansätzen zur Optimierung der Schaltzeiten auf unter 100 ps.