Untersuchung mikromagnetischer Strukturen in dünnen Schichten

4 EIGENSCHAFTEN ULTRADÜNNER CO/CU(001)-FILME 52
θ bezeichnet hier den Winkel zwischen der Filmnormalen und der Magnetisierung, Φ
denjenigen zwischen der -Richtung und der Magnetisierung und D ist die Schicht-
dicke. ks ist die Oberflächenanisotropiekonstante und die Summe Kp1 +(2/D) Kp2 be-
schreibt die zuerst von Heinrich [17] beobachtete und dann von [99] quantitativ bestimmte
Dickenabhängigkeit der vierzähligen Anisotropie in der Oberflächenebene. Während
Kp1 magnetokristalline Ursachen hat [17, 160], ist der Ursprung für den dickenabhängigen
Anteil Kp1 nicht bekannt. Für energetische Betrachtungen innerhalb der Filmebene,
in denen ein Anisotropiebeitrag zu berücksichtigen ist (vgl. Kap. 2.1.2), ist der Term innerhalb
der ersten Klammer maßgebend. Der Wert der einzelnen Anisotropiekonstanten
wurde von [99] in BLS39-Experimenten bestimmt: Kp1 = −2.3·106 erg/cm3 , Kp2 =0.034
erg/cm2 und ks = −0.46 erg/cm2 .
Wächst man Kobalt auf zu Cu(001) vizinalen Oberflächen Cu(11n) (n>1) auf, so
ist die magnetische Anisotropie des Co/Cu(11n)-Systems gegenüber dem Co/Cu(100)
verändert. Als Folge der Verkippung der Oberflächennormalen um wenige Grad in
-Richtung – im Fall des Cu(11 13) sind es 6.2o , beim Cu(11 15) sind es 5.4o –
treten auf der Oberfläche in äquidistanten Abständen parallel zur < 110 >-Richtung
verlaufende, monoatomare Stufen auf. Diese geben den Co/Cu(11n)-Systemen eine der
vierzähligen überlagerte, zweizählige magnetische Anisotropie. Die leichten Achsen der
Magnetisierung verlaufen bis zu einer Schichtdicke von ca. 20 ML parallel zu den Stufen.
Die sich in den Co-Filmen ausbildende magnetische Domänenstruktur ist ebenfalls in einigen
Arbeiten untersucht worden (Co/Cu(001) [100, 144, 145, 159], Co/Cu(11 13) [95],
Co/Cu(11 15) [163]). Es handelt sich dabei ausschließlich um SEMPA-Untersuchungen.
Wie vom theoretischen Standpunkt aus für in der Schichtebene magnetisierte Systeme
zu erwarten, liegen die Filme nach dem Wachstum in einem eindomänigen Zustand vor.
Nur am Rand kommt es aufgrund magnetostatischer Wechselwirkung zur Ausbildung
von Kantendomänen. Die gefundene Ausrichtung der Magnetisierung innerhalb der magnetisch
vierzähligen Filmebene wird der praktisch nicht zu vermeidenden Existenz eines
Restfeldes während des Wachstums zugeschrieben [145]. Dieses Restfeld führt zur parallelen
Ausrichtung der Wachstumsinseln in der dem Restfeld nahegelegensten leichten
Richtung [95] und somit nach der Koaleszenz zum eindomänigen Zustand im Zentrum
des Filmes.
Durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes parallel zur Schichtebene lassen sich
in den Co-Filmen Domänen erzeugen [95, 100, 144]. Es ergibt sich ein Multidomänenzustand,
in dem alle vier leichten Richtungen der Magnetisierung gleichermaßen vorkommen
[100, 144]. Die Struktur dieses Zustandes ist jedoch entgegen den Beobachtungen bei
39 Kurzform für ” Brillouin Light Scattering“ (Brillouin Licht Streuung, siehe z.B. [162])