Untersuchung der Modenkopplung in magnetischen Ringen anhand ...

Probenaufbau
Abbildung 4.2 Struktur der untersuchten Probe. Permalloy-Ringe mit Durchmessern D von
1 µm bis 3 µm, Ringbreiten w zwischen 100 und 400 nm und einer Dicke von 15 nm werden
auf einem koplanaren Wellenleiter aus Gold aufgebracht. Der Innenleiter des Wellenleiters hat
eine Breite von 20 µm und eine Schichtdicke von 200 nm. Fließt ein Mikrowellenstrom, so bildet
sich ein dynamisches Magnetfeld h aus, das mit der Mikrowellenfrequenz oszilliert. h liegt
konzentrisch um den Wellenleiter und somit in der Ebene der Ringe. Hierdurch können in den
Ringen Spinwellen angeregt werden, falls die Oszillationsfrequenz mit der Eigenfrequenz der
Ringeigenmode übereinstimmt. Die Anregung ist am effektivsten, wenn h senkrecht zur Magnetisierung
des Rings steht. In einem Ring mit Magnetisierungskonfiguration im Onion-State
ist dies für die beiden Polregionen (0 ◦ , 180 ◦ ) sowie die beiden Äquatorregionen (90 ◦ , 270 ◦ )
gegeben.
Mikrowellenstrom wird durch einen koplanaren Wellenleiter aus Gold (Au) über die Probe ge-
leitet. Der Mittelleiter hat dabei eine Breite von 20 µm und ist 200 nm dick. Die Außenleiter
sind bei entsprechender Dicke jeweils halb so breit. Dies dient zur Impedanzanpassung des
Wellenleiters. Auf den Mittelleiter des koplanaren Wellenleiters werden Permalloy-Ringe aufge-
bracht. Dazu wird zunächst Lack (PMMA) auf der Probe aufgebracht. Durch Elektronenstrahl-
Lithographie (E-beam) werden auf dem Lack Ringformen einem Elektronenstrahl ausgesetzt.
Anschließend wird eine 15 nm dicke Schicht aus Permalloy (Ni81Fe19) mittels Molekularstrahle-
pitaxie (MBE) in einem Ultrahochvakuumsystem (UHV) aufgedampft 1 . Unter Anwendung von
Säure werden letztlich die Stellen des Lacks weggeätzt, die nicht mit Elektronen bestrahlt wor-
den sind zusammen mit der darüber liegenden Permalloy-Schicht. Durch diese Technik blei-
ben Ringstrukturen aus Permalloy auf der Probe zurück. Man spricht hierbei von der Lift-Off-
Technik. Diese Art der Probenstrukturierung wird im Nano-Bio Center der TU Kaiserslautern
ermöglicht. Für nähere Erklärungen siehe Ref. [52]. Um die Abhängigkeit der Modenkopplung
von Parametern wie Ringdurchmesser und -breite untersuchen zu können, werden verschie-
dene Ringe mit Durchmessern von 1, 2 und 3 µm und jeweiligen Ringbreiten von 100, 200
und 400 nm hergestellt. Die Dicke der Ringe beträgt immer 15 nm.
1 Dank an P.A. Beck
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