Spinwellenanregung in magnetischen Nanohybridstrukturen (31,8 ...

Ferromagnetismus
2.1.3 Magnetische Anisotropien
Unter einer magnetischen Anisotropie versteht man die Beobachtung, dass die freie Energie
des magnetischen Systems von der Richtung der Magnetisierung abhängt. Begründet liegen
Anisotropien in der bereits diskutierten Dipol-Dipol-Wechselwirkung.
Im remanenten Zustand, das heißt ohne Anliegen eines externen Feldes richtet sich die Magnetisierung
entlang einer Richtung minimaler Energie, der so genannten magnetisch leichten
Achse, aus. Um die Magnetisierung aus dieser Richtung zu bewegen, muss ein externes Magnetfeld
B 0 Arbeit leisten. Somit definiert sich die Anisotropieenergie als E = ∫ B 0 dM.
Magnetokristalline Anisotropie
Die magnetokristalline Anisotropieenergie resultiert aus der kristallinen Struktur des Ferromagneten.
Entsprechend der Kristallsymmetrie bevorzugt die Richtung der Magnetisierung
es energetisch sich nach gewissen Achsen im Kristall auszurichten. Die Ursache dafür liegt in
dem unterschiedlichen Überlapp der Elektronenorbitale, der über die Spin-Bahn-Kopplung
mit der Orientierung der parallel ausgerichteten Spins verknüpft ist. Im einfachsten Fall
der uniaxialen magnetokristallinen Anisotropie wird die Energiedichte in den ersten beiden
Ordnungen beschrieben durch
ε an = K u1 [1 − (m · k) 2 ] + K u2 [1 − (m · k) 2 ] 2 , (2.15)
mit K u1 und K u2 den uniaxialen Anisotropiekonstanten, m dem Einheitsvektor der Magnetisierung
und k dem Einheitsvektor parallel zur sogenannten leichten Achse. Diese Achse
stellt die Vorzugsrichtung der Magnetisierung im Kristall dar.
Ferromagnetische Materialien lassen sich abhängig von der Stärke ihrer magnetokristallinen
Anisotropie in magnetisch harte und magnetisch weiche einteilen. Ein Material mit einer
großen Anisotropie ist hart in dem Sinne, dass es seine Magnetisierungsrichtung nur unter
Einfluss eines starken externen Feldes ändert, wohingegen die Magnetisierungskonfiguration
von weichen Materialien (zum Beispiel Ni 81 Fe 19 ) leicht durch ein externes Feld verändert
werden kann.
Formanisotropie
Auch die äußere Form einer magnetischen Struktur kann dafür sorgen, dass ihre Magnetisierung
sich entlang einer Vorzugsrichtung ausrichtet. Der Effekt der Formanisotropie kann
daher ähnlich dem der magnetokristallinen Anisotropie sein, dennoch sind die physikalischen
Ursprünge grundverschieden. Bei der Formanisotropie handelt es sich nämlich nur um eine
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