Untersuchung mikromagnetischer Strukturen in dünnen Schichten

1 EINLEITUNG 3
an äquivalenten TMR-Elementen unterschiedliches Schaltverhalten [27], oder ein Krie-
”
chen der Magnetisierung“ in den ferromagnetischen Schichten des Tunnelübergangs, d.h.
einen Zerfall des ursprünglich eindomänigen Zustands in Domänen [27]. Zur Beschreibung
der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse sind experimentelle wie theoretische
Untersuchungen des Verhaltens ultradünner Filme und Viellagensysteme mit Mikrometerabmessungen
erforderlich.
Die Mehrzahl der auf dem experimentellen Sektor erschienenen Veröffentlichungen
präsentiert Untersuchungsergebnisse an Mikro- oder Nanostrukturen von einigen 10 nm
Dicke [30]-[36]. Nur wenige Arbeiten beschäftigen sich mit den Eigenschaften dieser Teilchen
bei einer Schichtdicke von wenigen atomaren Lagen [37]. Dabei ist gerade dieser
Schichtdickenbereich für die Anwendung des TMR-Effekts in MRAMs von Interesse.
Zum Teil kommen zudem Meßmethoden zum Einsatz, die zwar das makroskopische“
”
Ummagnetisierungsverhalten erfassen, aber nicht die damit einhergehenden Veränderungen
in der mikromagnetischen Struktur [38, 39, 40].
Die in dieser Arbeit benutzte Methode des Rasterelektronenmikroskops mit Spinpolarisationsanalyse
der Sekundärelektronen erlaubt eine ortsaufgelöste und zerstörungsfreie
Bestimmung der Magnetisierungsorientierung. Als System für die Untersuchungen wurde
kubischflächenzentriertes (kfz) Kobalt auf Kupfer-(001)-Substraten ausgewählt, da
ausgedehnte Filme dieses Systems in der nahen Vergangenheit ausführlich charakterisiert
worden sind. Untersuchungen am vizinalen Co/Cu(11 15)-System sollen den Einfluß
einer veränderten magnetischen Anisotropie aufzeigen.
Die Reduktion der beiden lateralen Dimensionen in den Mikrostrukturen wird dabei
ebenso Auswirkungen auf die magnetische Struktur im Vergleich zu den ausgedehnten
Filmen haben, wie deren reduzierte dritte Dimension zu den oben beschriebenen neuartigen
Eigenschaften im Vergleich zu denen der entsprechenden Volumenmaterialien führt.
Die Abgeschlossenheit des Systems Mikrostruktur“ erlaubt überdies die Berechung des
”
mit bestimmten Domänenkonfigurationen verbundenen mikromagnetischen Energieinhalts.
Derartige theoretische Betrachtungen können von entscheidender Bedeutung für
die Interpretation der experimentellen Ergebnisse sein.
Da Co/Cu(001) im Bereich ultradünner Schichten weder Reorientierungsübergänge der
Magnetisierung (s.o.) noch strukturelle Transformationen aufweist, bietet dieses System
die Möglichkeit, die elementaren Veränderungen in der mikromagnetischen Struktur z.B.
unter Feldeinwirkung in einem großen Dickenintervall untersuchen zu können.