Magneto-optical investigations and ion beam-induced modification of materials with high spin polarization

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Gegenstand dieses Teilprojektes ist die Bestimmung der magnetischen Anisotropie, ihrer räumlichen Variation sowie der Austauschkonstanten an den in der Forschergruppe zu untersuchenden Materialien mit hoher Spinpolarisation. Für Anwendungen dieser Materialien in der Spinelektronik haben die magnetische Anisotropie und die von ihr abhängige Größe, das Koerzitivfeld eine Schlüsselrolle, bestimmen sie doch Schaltfelder und Empfindlichkeit von Speicher- und Sensorbauelementen. Zudem liefert die Kenntnis der magnetischen Anisotropie zum Verständnis der grundlegenden Eigenschaften des Magnetismus in diesen Materialien, auch an der Grenzfläche, wichtige Hinweise. Zum einen skaliert die Stärke der magnetischen Anisotropie mit dem Bahnmoment. Zum anderen tragen magneto-elastische Effekte, die in den untersuchten Materialien eine wichtige Rolle spielen, zur Anisotropie bei. Modifikationen im Material an den Grenzflächen zeigen sich direkt in einem Grenzflächen-Anisotropiebeitrag. Zum Einsatz kommen zwei komplementäre Messmethoden, die Brillouin-Lichtstreuspektroskopie sowie die magneto-optische KerrEffekt-Magnetometrie. Die Brillouin-Lichtstreu-Spektroskopie nutzt die inelastische Streuung von Licht an Spinwellen. Aus der gemessenen Dispersion der Spinwellen werden magnetische Parameter des Mediums, u.a. die magnetische Anisotropie sowie die Austauschkonstante bestimmt. Da mit dieser Methode neben der Spinwellendispersion auch die Dispersion akustischer Phononen zugänglich ist, stellen Systeme mit großer magnetoelastischer Kopplung, wie sie in Materialien mit hoher Spinpolarisation häufig anzutreffen sind, einen besonders interessanten Untersuchungsgegenstand dar. Es können sich die Dispersionskurven von akustischen Phononen und von Spinwellen kreuzen und man findet dynamische Kopplung. Die in diesem Bereich hybridisierten Moden erlauben somit einen direkten experimentellen Zugang zur magneto-elastischen Wechselwirkung. Die magnetooptische Kerr-Effekt-Magnetometrie ist ein robustes Verfahren zur Bestimmung von magnetischen Anisotropiebeiträgen. Die Messgröße ist die Änderung des Polarisationszustandes bei Reflektion von Licht an einer magnetischen Oberfläche als Funktion der Stärke und Richtung der Magnetisierung. Aus den gemessenen Hysteresekurven als Funktion von Betrag und Richtung des angelegten Feldes werden die Anisotropiekonstanten bestimmt.