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Nanostrukturen und Grenzflächen Poster: Do., 13:00–15:30 D-P300
Magnetometrie und Domänenstrukturanalyse magnetischer Dünnschichtsysteme
mit Synchrotron-Mößbauer-Reflektometrie und mit polarisierter
Neutronenreflektometrie
Dénes Lajos Nagy 1 , László Bottyán 1 , László Deák 1 , Olaf Leupold 2,3 ,
Márton Major 1 , Johan Meersschaut 4 , Aleksandr Petrenko 5 , Rudolf
Rüffer 2 , Edit Szilágyi 1 , Ferenc Tanczikó 1
1 KFKI Forschungsinstitut für Teilchen- und Kernphysik, Pf. 49, H-1525 Budapest, Ungarn
– 2 European Synchrotron Radiation Facility, BP 220, F-38043 Grenoble, Frankreich
– 3 Jetzt bei DESY, Notkestraße 85, D-22607 Hamburg, Deutschland – 4 K.U.
Leuven, Instituut voor Kern- en Stralingsfysica, Celestijnenlaan 200 D, B-3001 Leuven,
Belgien – 5 Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research,
141 980 Dubna, Moscow Region, Russland
Antiferromagnetisch (AF) gekoppelte Multilagen sind sowohl für Grundlagenforschung,
als auch für Technologie von großer Bedeutung. Die Orientierung der Magnetisierung
der einzelnen Schichte und die Domänenstruktur spielen dabei eine wichtige Rolle.
In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie diese Informationen durch die Anwendung
von Synchrotron-Mößbauer-Reflektometrie (SMR) und polarisierter Neutronenreflektometrie
(PNR) zugänglich gemacht werden können. Wir bringen auch Beispiele
dafür, welche ergänzende Information durch Rutherford-Rückstreuung und Konversionselektronen-Mößbauer-Polarimerie
(CEMP) geliefert wird. Die Ausrichtung der
Schichtmagnetisierung in AF-gekoppelten Multilagen kann aus der Intensität des SMR
und/oder PNR AF-Reflexes bestimmt werden. Eine epitaktische MgO(001)/[ 57 Fe(2,6
nm)/Cr(1,3 nm)]20 Multilage wurde durch Molekülstrahlepitaxie (MBE) hergestellt;
ihre Struktur wurde durch simultane Auswertung der Röntgenreflektivitätskurven und
der Rutherford-Rückstreuspektren bestimmt. Bei 295 K wurde ein Sättigungsfeld von
0,85 T entlang der leichten und 1,05 T entlang der schweren Achse gefunden. Die
Multilage wies einen Bulk-Spin-Flop (BSF) Übergang auf, wenn das zunehmende Magnetfeld
entlang der leichten Achse, in der die Schichtmagnetisierungen lagen, 14 mT
überschreitete. Dieser BSF-Übergang wurde auch durch CEMP-Messungen nachgewiesen.
Die Größe der AF Domänen wurde der Breite der diffusen SMR oder PNR
Reflektivitätskurven entnommen. In erster Näherung ist die Breite der diffusen Streukurve
umgekehrt proportional zur Domänengröße: ∆qx = 1/ξ. Die primären Domänen
bilden sich, wenn das sinkende Magnetfeld den Sättigungsbereich verlässt. Die native
Domänengröße war in unserer Multilage ξ = 370 nm und blieb konstant, solange das
Magnetfeld 200 mT nicht unterschritt. Die Domänengröße nahm spontan und unumkehrbar
zu, wenn das Magnetfeld ab 200 mT weiter sank, und erreichte ξ = 800 nm
in Remanenz (Domänenreifung). Der BSF-Übergang rief eine weitere, explosionsartige
Zunahme der Domänengröße bis zu ca. 100 µm hervor (Domänenvergröberung). Das
sekundäre Domänenbild wurde erst in einem das Sättigungsfeld weit überschreitenden
Magnetfeld gelöscht. Dieser Effekt ist wahrscheinlich der Existenz kleiner, extrem stark
gekoppelter Bereiche zuzuschreiben.