Untersuchung mikromagnetischer Strukturen in dünnen Schichten

2 MIKROMAGNETISMUS KLEINER TEILCHEN 24
te Kantendomänenstruktur stellt nur eine, zudem symmetrische Möglichkeit dar, durch
Domänenbildung magnetostatische Energie einzusparen. Unter Umständen existieren
ebenso unregelmäßige Domänenmuster, die nicht berücksichtigt werden konnten.
Im magnetisch zweizähligen Co/Cu(11 15)-System existieren nur 180o-Wände (vgl.
Kap. 4). Aus diesem Grund sind von den in Abb. 5 gezeigten Domänenmustern nur
die Konfigurationen a und b möglich. Benutzt man für die entsprechenden Rechnungen
die Anisotropiekonstanten des Co/Cu(11 13)-Systems [101], da die für Co/Cu(11 15)
nicht bekannt sind, so zeigt sich, daß für alle Schichtdicken bis zu 15 ML und alle Kantenlängen
im Intervall [3µm, 30µm] der eindomänige Zustand der energetisch günstige
ist.
Vernachlässigt wurde in allen Rechnungen die endliche Weite der Domänenwände. Sie
wird im Bereich kleiner Kantenlängen zu einer Limitierung der Anzahl der in einer
Struktur vorhandenen Domänen führen. Der in Abb. 7 sichtbare Trend, daß in kleinen
Strukturen der Domäneneinbau erst bei größerer Schichtdicke günstig wird als in
größeren Quadraten, ist darauf zurückzuführen, daß magnetostatische Energie und Wandenergie
in unterschiedlicher Weise von der Kantenlänge abhängen: Während EWand∝l
ist, variiert EMag über das Kantenlängenverhältnis l/D in diesem Schichtdickenbereich
nur schwach mit l.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß numerische Berechnungen von Chui [47]
an ultradünnen Strukturen mit rechteckiger Form (Kantenlängenverhältnis 0.866) ebenfalls
ergeben haben, daß die energetisch günstige Domänenstruktur von der Schichtdicke
abhängt. Oberhalb einer bestimmten Größe ist der eindomänige Zustand mit einem zu
großen Energieinhalt verbunden und die Landau-Lifshitz-Figur energetisch bevorzugt,
wenn die Schichtdicke z.B. für krz-Eisen16 mindestens 4.3 Monolagen beträgt.
Mit Hilfe der hier verwendeten Ausdrücke und Werten für Anisotropie- und Austauschkonstante
sowie Sättigungsmagnetisierung von krz-Eisen nach [17, 97, 102], ergibt sich
für ein Rechteck mit einer kurze Kante der Länge l =30µm eine Schichtdicke von 4.2
ML. In kleineren Rechtecken ist die Landau-Lifshitz-Struktur erst bei größerer Schichtdicke
energetisch bevorzugt.
Nicht zuletzt diese gute Übereinstimmung zeigt, daß das hier verwendete, einfache Modell
zur Berechnung der magnetostatischen Selbstenergie von Quadern auch im Bereich
ultradünner Filme seine Berechtigung hat und unter Berücksichtigung der energetischen
Beiträge der Domänenwände eine quantitative Analyse der mikromagnetischen Energie
einfacher Domänenkonfigurationen in ultradünnen Quadraten möglich ist.
16 Kurzform für ” kubischraumzentriertes Eisen“.