Universität zu Köln

Strominduzierte Magnetisierungsdynamik in einkristallinen Nanosäulen

Lehndorff, Ronald (2008) Strominduzierte Magnetisierungsdynamik in einkristallinen Nanosäulen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Diese Arbeit beschreibt Experimente zur strominduzierten Magnetisierungsdynamik in Nanosäulen, die einkristalline Schichten aus Eisen und Silber enthalten. Spinpolarisierte Ströme erzeugen in diesen Strukturen einerseits den Riesenmagnetowiderstandseffekt (giant magnetoresistance: GMR), der aufgrund des Stromflusses senkrecht zur Schichtebene (current perpendicular to plane: CPP) durch Spinakkumulation an den Grenzflächen spezielle Eigenschaften aufweist. Andererseits erzeugen sie durch direkten Übertrag von Spindrehimpuls an die Magnetisierungen den sogenannten Spin Transfer Torque (STT), der zu grundlegend neuer Magnetisierungsdynamik führt. Die speziellen Eigenschaften des CPP-GMR und des STT der Eisen-Silber-Grenzfläche sind in Messungen des GMR, des strominduzierten Magnetisierungsschaltens und der stromgetriebenen Hochfrequenzanregungen erkennbar. Sie folgen aus der starken Spinabhängigkeit des Grenzflächenwiderstandes. Die Messergebnisse an Nanosäulen mit 70 nm Durchmesser werden mit Modellrechnungen und Computersimulationen verglichen. Es können dabei zweischrittiges Magnetisierungsschalten und Hochfrequenzanregungen bei niedrigen Magnetfeldern nachgewiesen werden, die erst durch das Wechselspiel zwischen der Kristallanisotropie der kubisch-raumzentrierten Eisenschichten und dem STT ermöglicht werden. In Nanosäulen von 230 nm Durchmesser wird die strominduzierte Magnetisierungsdynamik in inhomogen magnetisierten Nanoelementen untersucht. Der Drehsinn des magnetischen Vortexzustandes kann bei seiner Präparation durch Ströme verschiedenen Vorzeichens eingestellt werden, da diese ein um die Säule geschlossenes Oerstedfeld erzeugen. Verschiedene resultierende Widerstandsniveaus und qualitative Unterschiede in stromgetriebenen Hochfrequenzanregungen des Vortexzustandes machen die Drehsinne unterscheidbar. Die nichtlinearen Eigenschaften der stromgetriebenen Hochfrequenzanregungen machen sogar ein Phase-locking der Vortexoszillation an ein äußeres Hochfrequenzsignal möglich.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    This thesis presents experiments on the current-driven magnetization dynamics in nanopillars containing single-crystalline iron and silver layers. Spin-polarized currents are on the one hand origin of the giant magnetoresistance (GMR). Due to spin accumulation at the interfaces the current perpendicular to the plane (CPP) geometry results in special properties of the GMR. On the other hand, these currents give rise to the spin transfer torque (STT) by direct transfer of spin angular momentum to the magnetizations. This STT induces fundamentally new magnetization dynamics. The special properties of CPP-GMR and STT at the iron-silver interface are revealed by measurements of GMR, current-induced switching, and current-driven high-frequency excitations. They follow from a strong spin-dependence of the interface resistance. Results from nanopillars of a diameter of 70 nm are compared with models and computer simulations. Two-step magnetization switching and low-field high-frequency excitations are presented that arise from the interplay of the crystalline anisotropy of bodycentered-cubic iron layers and the STT. The current-induced magnetization dynamics of inhomogeneously magnetized elements are studied in nanopillars of 230 nm diameter. The vorticity of a magnetic vortex state can be imprinted by preparation at dc currents of different sign due to the Oersted field around the pillar. The vorticity is distinguishable by different resistance levels and qualitative changes in current-driven high-frequency excitations. Even a phase-locking of the vortex oscillations to external signals is possible because of the vortex` nonlinear properties.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Lehndorff, Ronaldr.lehndorff@fz-juelich.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-25776
    Subjects: Physics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    strominduziert , Magnetisierungsdynamik , Riesenmagnetowiderstand , GMRGerman
    spin transfer torque , magnetization dynamics , giant magnetoresistance , gmrEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Forschungszentrum Jülich
    Language: German
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 20 November 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 03 Feb 2009 11:26:49
    Referee
    NameAcademic Title
    Bürgler, Daniel E.Privat-Doz. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2577

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