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Kapitel 4 ! Messungen und Diskussion ________________________________________________________________________ 4 Messungen und Diskussion 4.1 Medien der magnetooptischen Datenspeicherung Amorphe Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungen (SE-ÜM) sind momentan die gängigen Medien für die magnetooptische Datenspeicherung. Die Zusammensetzung der praktikabelsten Systeme ist eine quaternäre Legierung (Tb y Gd 1-y ) x (Fe z Co 1-z ) 1-x , bei der Terbium und Gadolinium zu den Seltenen Erden und Eisen und Kobalt zu den Übergangsmetallen zählen. Seltene Erden besitzen die Elektronenkonfiguration (4f) n (5p) 6 (5d) 1 (6s) 2 , wobei für Gadolinium n=7 und für Terbium n=8 ist. Dabei koppeln die Momente der SE- Komponenten mit den Momenten der ÜM-Komponenten antiferromagnetisch, so daß sich eine Netto-Moment in Richtung des größeren der beiden magnetischen Momente ergibt [37]. Ein solches System bezeichnet man als Ferrimagnet. Abbildung 4-1 zeigt die Temperatureigenschaften der Netto-Magnetisierung und der Magnetisierungen der SE- und ÜM-Anteile. Man erkennt, daß durch die starke Austauschkopplung die beiden Komponenten die gleiche kritische Temperatur T c besitzen. Bei T = 0 K ist die SE-Magnetisierung größer als die der Übergangsmetalle, so daß eine Netto- Magnetisierung in Richtung des SE-Momentes entsteht. Da beide magnetischen Momente mit steigender Temperatur unterschiedlich stark abfallen, erhält man bei der Kompensationstemperatur T comp eine verschwindende Netto- keit der Magnetisierung in amorphen Abbildung 4-1: Temperaturabhängig- Magnetisierung aufgrund der entgegengerichteten gleichgroßen magnetischen Momente bei- SE-ÜM Filmen [55, 37]. der Komponenten. Mit weiter steigender Temperatur nimmt die Netto-Magnetisierung in Richtung des ÜM-Anteils wieder zu, bis bei der kritischen Temperatur T c die Legierung in einen paramagnetischen Zustand übergeht [56]. -44-
Kapitel 4 ! Messungen und Diskussion ________________________________________________________________________ Die Zusammensetzung einer Legierung für MO-Medien wählt man so, daß T comp in der Nähe der Arbeitstemperatur (T ≈ 300 K) liegt und sich eine Netto-Magnetisierung nahe Null ergibt. Das Koerzitivfled H c divergiert bei T comp , weil auf eine Probe mit verschwindender Sättigungsmagnetisierung M s ein äußeres Magnetfeld keinen Einfluß hat. Es gilt der Zusammenhang: K Hc ∝ , M s mit K der magnetischen Anisotropiekonstanten, die in diesem Bereich nur eine sehr schwache Temperaturabhängigkeit aufweist. Trotzdem erhält man ein gutes Kerr-Signal, da die Kerr-Amplitude auf die Wechselwirkung mit den 3d-Elektronen von Eisen und Kobalt zurückzuführen ist. Diese bilden die äußere Schale in den Ionen der Übergangsmetalle, weil das 4s-Elektron zu den freien Elektronen des Festkörpers übergeht. Dagegen liegen die für die magnetischen Eigenschaften der Seltenen-Erden verantwortlichen 4f Elektronen zu weit von der Fermienergie E F entfernt, so daß keine optischen Übergänge möglich sind. Eine wichtige Eigenschaft von SE-ÜM-Legierungen ist ihre senkrechte magnetische Anisotropie. Sie ist auf die atomare Nahordnung und die Oberflächenanisotropie dieser dünnen Schichten zurückzuführen, da es in diesen amorphen Legierungen keine Kristallstruktur, also auch keine magnetokristalline Anisotropie gibt. Charakteristisch für Materialien der MO-Datenspeicherung sind „rechteckige“ Ummagnetisierungskurven. Die Sättigungsmagnetisierung M s und die magnetische Remanenz M r besitzen dabei annähernd den gleichen Wert. Das magnetooptische Signal bleibt konstant, auch wenn das äußere Feld auf Null zurückgefahren wird. Außerdem erfolgt ein sofortiges Umklappen der Magnetisierung bei dem Koerzitivfeld H c . Der Schreibprozeß erfolgt thermomagnetisch [57]. Durch einen gepulsten Laserstrahl wird die Schicht lokal über die Curietemperatur erhitzt und durch Anlegen eines Magnetfeldes beim Abkühlen aufmagnetisiert . Die typische Domänenlänge entspricht dem thermischen Profil des Laserstrahls und liegt in der Größenordnung von 1 µm. Für die Curietemperatur des MO-Mediums ergibt sich eine durch die Laserleistung bedingte Obergrenze von etwa 600 K. Die Untergrenze sollte 400 K nicht unterschreiten, um die Datensicherheit zu gewährleisten. Bei Raumtemperatur (∼ 300 K) muß das Speichermedium wieder ein hohes Koerzitivfeld H c besitzen, um unempfindlich gegenüber externen Streufeldern zu sein. Das Auslesen der Daten erfolgt mit dem polaren magnetooptischen Kerr-Effekt. Die Speicherdichte ist durch die optische Auflösung bestimmt, die etwas unter 1 µm beträgt. Durch Er- -45-
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Seite 5 und 6: Kapitel 1 ! Einleitung ____________
Seite 7 und 8: Kapitel 1 ! Einleitung ____________
Seite 9 und 10: Kapitel 2 ! Theoretische Grundlagen
Seite 29 und 30: Kapitel 3 ! Das Kerr-Mikroskop ____
Seite 47: Kapitel 3 ! Das Kerr-Mikroskop ____
Seite 51 und 52: Kapitel 4 ! Messungen und Diskussio
Seite 63 und 64: Kapitel 5 ! Zusammenfassung und Aus
Seite 65 und 66: Kapitel 6 ! Anhang ________________
Seite 75 und 76: Literaturverzeichnis ______________
Seite 77 und 78: Literaturverzeichnis ______________
Seite 79: Literaturverzeichnis ______________

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