Untersuchung mikromagnetischer Strukturen in dünnen Schichten
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2 MIKROMAGNETISMUS KLEINER TEILCHEN 5<br />
2 Berechnung <strong>mikromagnetischer</strong> <strong>Strukturen</strong> <strong>in</strong><br />
kle<strong>in</strong>en Teilchen<br />
Die mikroskopische Ursache des Ordnungsphänomens Magnetismus ist die quantenmechanische<br />
Austauschwechselwirkung. Im e<strong>in</strong>fachsten Fall, dem ferromagnetischen,<br />
führt sie zu e<strong>in</strong>er parallelen Ausrichtung benachbarter magnetischer Momente [41].<br />
Dabei spielt es ke<strong>in</strong>e Rolle, ob die das Moment tragenden Elektronen wie bei den<br />
4f-Übergangselementen an den den Festkörper bildenden Atomen lokalisiert oder wie<br />
bei den 3d-Ferromagneten Fe, Co und Ni it<strong>in</strong>erant, d.h. frei beweglich, s<strong>in</strong>d.<br />
Berücksichtigt man alle<strong>in</strong> die Austauschwechselwirkung der magnetischen Momente<br />
untere<strong>in</strong>ander, sollte jeder ferromagnetische Körper homogen magnetisiert se<strong>in</strong>, d.h. der<br />
makroskopische Ordnungsparameter Magnetisierung (= Summe aller magnetischen Momente<br />
pro Volumene<strong>in</strong>heit) wäre ke<strong>in</strong>e Funktion des Ortes. Diese Beschreibung reicht<br />
jedoch zur Erklärung der experimentell beobachteten Magnetisierungsverteilungen<br />
nicht aus. Zum Beispiel f<strong>in</strong>det man e<strong>in</strong>en Zerfall <strong>in</strong> Bereiche konstanter Magnetisierung<br />
mit unterschiedlicher Orientierung (sog. magnetische Domänen) und e<strong>in</strong>e bevorzugte<br />
Ausrichtung der Magnetisierung entlang bestimmter kristallographischer Richtungen<br />
(magnetische Anisotropie). Grund hierfür s<strong>in</strong>d Wechselwirkungen zum e<strong>in</strong>en der Sp<strong>in</strong>s<br />
untere<strong>in</strong>ander über das von ihnen selbst hervorgerufene Dipolfeld und zum anderen der<br />
Sp<strong>in</strong>s mit dem sie umgebenden Kristallgitter. Diese im Vergleich zur Austauschenergie<br />
kle<strong>in</strong>en Beiträge (10 −6 bis 10 −4 eV/Sp<strong>in</strong> gegenüber 10 −1 eV/Sp<strong>in</strong>) zur freien Energie<br />
e<strong>in</strong>es ferromagnetischen Systems s<strong>in</strong>d wegen ihrer großen Reichweite von entscheidender<br />
Bedeutung für die sich ausbildende mikromagnetische Struktur [42].