121 f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-12T15:31:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertação final-Francisco Xavier Julião.pdf: 1887183 bytes, checksum: 43c99b717d99959d6c766aca8a3e7001 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-05-13T17:47:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação final-Francisco Xavier Julião.pdf: 1887183 bytes, checksum: 43c99b717d99959d6c766aca8a3e7001 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-13T17:47:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação final-Francisco Xavier Julião.pdf: 1887183 bytes, checksum: 43c99b717d99959d6c766aca8a3e7001 (MD5) Previous issue date: 2011 / CAPES / O presente trabalho investigou os efeitos das propriedades eletrônicas em catalisadores a base de Pd e Pt suportados em alumina modificada com o terra rara praseodímio, avaliando sua atividade e tolerância a compostos de enxofre na reação de hidrogenação de aromáticos. Os catalisadores foram preparados pelo método de impregnação difusional, caracterizados por FRX, DRX, DRS-UV-Vis, XPS e TPD de aminas e testados na reação de hidrogenação da tetralina, na presença de tiofeno, além da realização de um estudo termodinâmico da reação. Os testes catalíticos foram realizados em um sistema micro-catalítico pulsado. Os resultados mostraram que o catalisador Pd-Pt/Al2O3-Pr apresentou uma elevada tolerância ao tiofeno, devido a combinação dos seguintes efeitos: (i) a modificação do suporte com praseodímio, que favoreceu uma interação metalsuporte capaz de diminuir a força de ligação metal-adsorvato e favorecer as interação eletrônicas intermetálicas; (ii) o efeito sinérgico a adição de um segundo metal, paládio, em conjunto com a adição do modificador promovendo transferências eletrônicas do tipo Pt→Pd, Pt→Pr e Pd→Pr; (iii) a migração do paládio para superfície catalítica, considerando que o paládio apresenta uma maior resistência ao envenenamento por compostos sulfurados. Através do estudo da seletividade também foi verificado que as propriedades do paládio foram mais efetivas para os catalisadores bimetalicos, o qual favoreceu a formação do isômero trans-decalina. Também pode-se observar, através da relação trans/cis-decalina (estável), que o sistema bimetálico Pt-Pd sofreu pouca influência nas suas propriedades eletrônicas com a adição contínua do veneno. O sistema em estudo mostrou um efeito de conjunto, pois o catalisador Pd-Pt/Al2O3- Pr apresentou pouca sensibilidade ao envenenamento por enxofre e uma atividade moderada, para concentrações do veneno até 2500 ppm de tiofeno, mostrando-se um catalisador robusto para aplicação em processos de hidrotratamento . / Salvador

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The purpose of this study is to simulate Pt&ndash / IB (IB=Ag, Au, Cu) and PtPd bimetallic catalysts with Monte Carlo method for 201, 586, 1289, and 2406 atom containing clusters in the temperature range between 298&ndash / 1000K. The simulations were based on a coordination-dependent potential model in which binary interaction parameters were used. The binary interaction parameters were determined from the available thermodynamic data and classical thermodynamics mixing rules. The equilibrium structure of the clusters was dictated as a perfect cubo-octohedral shape. In the first part of this study, Pt&ndash / Ib bimetallics were modelled in order to test the Monte Carlo program against the previously published work. In the second part of the study, the surface composition of PtPd bimetallic catalysts as a function of temperature and cluster size were estimated in order to offer further insight to the catalytic activity for CO oxidation reaction. It was found that at low temperatures Pd segregation took place on the catalyst. The Monte Carlo predictions were in good agreement with the published experimental data on the surface compositions.

Les propriétés catalytiques des nanoparticules métalliques peuvent être améliorées par effet d’alliages. La synthèse en solution par voie colloïdale permet de préparer des nanoalliages homogènes en taille, en forme et en composition chimique, de structure ordonnée, désordonnée ou cœur-coquille. La nucléation et la croissance des nanoalliages de Pt-Pd sont étudiées ici par microscopie électronique en transmission, en condition standard, puis in situ dans une cellule liquide formée par des feuilles d’oxyde de graphène. La cinétique de croissance des nanoalliages de Pt-Pd correspond à l’incorporation directe des monomères en solution, compatible avec un processus limité par la réaction de surface, sans phénomène de coalescence, contrairement à la croissance du Pt pur. La structure théorique à l’équilibre des nanoalliages de Pt-Pd est déterminée par des simulations Monte Carlo. La structure la plus probable correspond à une surface riche en Pd et à une sous couche atomique riche en Pt, stable à des températures élevées. L’effet de l’adsorption de gaz oxydants ou réducteurs sur la forme des nanoparticules, est étudié in situ par microscopie environnementale sous pression de quelques mbar, dans un porte objet environnemental. On observe des changements de formes sous oxygène, dus au développement de facettes d’indices plus élevés. La réactivité des nanocubes de Pd@Pt est étudiée pour l’oxydation du CO en fonction du recouvrement de Pt à la surface. La réactivité maximale pour un faible recouvrement est interprétée par une baisse de l’énergie d’adsorption du CO liée au désaccord paramétrique entre le Pt et le Pd et à la modification de la structure électronique du Pt lié au Pd. / The catalytic properties of metal nanoparticles can be improved by the alloying effect. Nanoalloys homogeneous in size, shape and chemical composition can be prepared with the colloidal synthesis method, with an ordered, random or core-shell chemical structure. Nucleation and growth of colloidal Pt-Pd nanoalloys were studied by transmission electron microscopy (TEM), in standard conditions and in situ with the aid of a graphene oxide liquid cell. The growth kinetics of homogeneous Pt-Pd nanoalloys corresponds to the direct incorporation of the monomers in solution. It was compatible with a process limited by the surface reaction, without coalescence (Lifshitz-Slyozov-Wagner mechanism). On the contrary, coalescence occurs during the growth of pure Pt nanoparticles. The theoretical structure of Pt-Pd nanoalloys is determined by Monte Carlo simulations. The most stable structure corresponds to a Pd surface and Pt subsurface layer, which is stable up to high temperatures. The effect of adsorption of oxidizing or reducing gasses on the shape of pure Pd nanocubes and core-shell Pd@Pt nanocubes is studied in situ by TEM with an environmental cell. The observed changes in a few mbar of oxygen are due to the development of higher index facets. The CO oxidation reaction is used to compare the reactivity of homogeneous Pt-Pd nanoalloys and core-shell Pd@Pt nanocubes with increasing coverage of Pt at the surface. A maximal reactivity is attained for a low coverage. The effect is interpreted by a decrease in adsorption energy of CO, due to electronic effects originating from the lattice mismatch between Pt and Pd and the mixed Pt-Pd bonds.

L’objectif de cette thèse est de développer des outils et des procédures pour l’approche par lamicro-cinétique expérimentale, de la réaction CO/O2 appliquée aux catalyseurs à base d’iridium et departicules bimétalliques Pt-Pd supportées sur alumine. La caractérisation de la première étape cléd’adsorption du réactif CO sur différents métaux (type d’adsorption, chaleurs d’adsorption de chaqueespèce) a nécessité le développement d’une méthode initialement adaptée à l’analyse IR en modetransmission dite méthode AEIR (Adsorption Equilibrium InfraRed spectroscopy). Les conditionsexpérimentales permettant une exploitation quantitative des spectres IR en mode réflexion diffuse ontété déterminées pour l’utilisation de la méthode AEIR. Cette méthode a ensuite été développée enétendant son domaine d’application à des catalyseurs reconnus comme dissociant fortement le COd’une part en mode réflexion diffuse pour des catalyseurs ne pouvant être étudiés en modetransmission (Fe/Al2O3) et d’autre part en mode transmission (Co/Al2O3). L’impact des paramètres liésà la préparation du catalyseur (nature du support, dispersion de la phase métallique et formation departicules bimétalliques) sur les chaleurs d’adsorption a ensuite été évalué sur des catalyseurs à based’iridium et des catalyseurs tels que Pt-Pd, Pt-Cu respectivement. Enfin l’approche micro-cinétique dela réaction CO/O2 appliquée aux catalyseurs à base d’iridium et de particules bimétalliques Pt-Pd, viaune étude par oxydation isotherme des espèces CO adsorbées à basses températures, a montré que lesétapes superficielles impliquées étaient similaires à celles sur platine et palladium. Les impacts dedivers paramètres expérimentaux sur l’oxydation des espèces CO adsorbées caractérisée par unepériode d’induction sont qualitativement identiques, seuls les paramètres cinétiques tels que l’énergied’activation apparente de la réaction sont modifiés. / The aim of this thesis is to develop tools and procedures to study by the experimentalmicrokinetic approach, in particular for the CO/O2 reaction applied to metal supported catalystcontaining iridium particles and bimetallic Pt-Pd particles. The characterization of the first elementarystep of CO adsorption on different metals (nature of adsorption, heat of adsorption of each species) hasrequired the development of a method initially adapted for the IR analysis in transmission mode:AEIR method (Adsorption Equilibrium InfraRed spectroscopy). The experimental conditions allowinga quantitative exploitation of IR spectra in diffuse reflectance mode has been established allowing theuse of the AEIR method. This method has been developed extending the range of application oncatalysts that dissociate strongly CO firstly using diffuse reflectance mode for catalyst which can notbe study in transmission mode (Fe/Al2O3) and then in transmission mode (Co/Al2O3). The impact ofparameters linked to the preparation of catalyst (nature of the support, dispersion of metallic phase,and formation of bimetallic particles) on the heat of adsorption has been evaluated on Ir catalysts andbimetallic particles like Pt-Pd, Pt-Cu respectively. Then, the microkinetic approach of the CO/O2reaction dedicated to Ir and Pt-Pd catalysts, considering the isothermal oxidation of CO adsorbedspecies at low temperature, has shown that the superficial steps involved were similar to those for Ptand Pd catalysts. The impacts of several experimental parameters on the oxidation of CO adsorbedspecies characterized by an induction period are qualitatively identical, only the kinetic parameterslike the apparent activation energy are modified.

[pt] Os ciclos termoquímicos de decomposição de água relacionados ao enxofre são uma importante classe de processos químicos considerados para a produção de hidrogênio. Recentemente, a decomposição térmica do sulfato de magnésio e sulfato de amônio tem sido relatada como uma potencial operação unitária em um desses ciclos. Portanto, algum interesse tem sido observado no uso de catalisadores para diminuir a energia de ativação de sulfatos que se decompõem em altas temperaturas, como o magnésio e a adição de um agente modificador para facilitar a separação dos produtos no caso de sulfatos que se decompõem em baixas temperaturas como amônio. Neste contexto, a presente tese relata os resultados da modelagem termodinâmica e cinética associada a este sistema de reação na presença de Pd suportado sobre gama-Al(2)O(3). Para o sistema Mg a presença de tais espécies é responsável por deslocar a temperatura de decomposição para valores mais baixos em pelo menos 100 graus C. Observou-se que o teor de magnésio ainda está orientado para a formação de MgO. Os resultados obtidos indicam que o catalisador Pd/Al(2)O(3) pode ser uma boa alternativa na redução da temperatura de decomposição térmica, pois sua presença foi responsável por diminuir a energia de ativação do processo de 368,2 para 258,8 kJ.mol(-1). Para o sistema NH4 pode-se observar que ocorre em quatro etapas e a formação de sulfato de alumínio, sendo a última espécie portadora de sulfato, proporciona a separação do óxido de enxofre liberando-o em uma etapa diferente dos demais produtos gasosos. A presença de paládio pode atuar como redutor da energia de ativação desta etapa, deslocando a temperatura de decomposição para valores inferiores em pelo menos 90 graus C e a reduzindo os valores de energia de ativação entre 12 – 30 por cento abaixo do encontrado na literatura oriundos de modelos gráficos. / [en] The sulfur related thermochemical water-splitting cycles are an important class of chemical processes considered for hydrogen production. Recently, the magnesium and the ammonium sulfate thermal decomposition have been reported as a potential unit operation in one of these cycles. Therefore, some interest has been observed in the use of catalysts to lower the activation energy for sulfates that decompose in high temperatures, as such magnesium and the addition of a modifying agent to facilitate separation of the products in the case of sulfates that decompose into low temperatures as ammonium. In this context, the present thesis reports the thermodynamics and kinetics modeling results associated with this reactions systems in the presence of a Pd supported over gamma-Al(2)O(3). For Mg system the presence of such species is responsible for shifting the decomposition temperature to lower values in at least 100 degrees C. It was observed that the magnesium content is still oriented towards MgO formation. The obtained results indicate that the Pd/Al(2)O(3) catalyst could be a good alternative in reducing the thermal decomposition temperature as its presence was responsible for diminishing the process activation energy from 368.2 to 258.8 kJ.mol(-1). For NH(4) system it can be observed four steps for reactions and formation of aluminum sulfate, as the last sulfate bearing species, provided the separation of the sulfur oxide releasing it in a different step from the other gaseous products. The presence of palladium can act as an activation energy reducer, shifting the decomposition temperature to lower values in at least 90 degrees C and decreasing the activation energy by 12 – 30 percent than that found in the literature.

The present thesis is about the investigation of ferromagnetic thin film systems with respect to exchange coupling, magnetization reversal behavior and effects appearing in magnetic heterostructures, namely the exchange bias and the giant magnetoresistance effect. For this purpose, DC magnetron sputtered thin films and multilayers with perpendicular magnetic anisotropy were prepared on single crystalline and rigid as well as flexible amorphous substrates. The first part concentrates on magnetic data storage applications based on the combination of the concept of bit patterned media and three dimensional magnetic memory, consisting of at least two exchange decoupled ferromagnetic storage layers. Here, [Co/Pt] multilayers, revealing different magnetic anisotropies, have been applied as storage layers and as spacer material Pt and Ru was employed. By the characterization of the magnetization reversal behavior the exchange coupling in dependence of the spacer layer thickness was studied. Furthermore, with regard to the concept of bit patterned media, the layers were also grown on self-assembled silica particles, leading to an exchange decoupled single-domain magnetic dot array, which was studied by magnetic force microscope imaging and angular dependent magneto-optic Kerr effect magnetometry to evaluate the reversal mechanism and its dependence on the array dimensions, mainly the diameter of the silica particles and layer thicknesses. To complete the study, micromagnetic simulations were performed to access smaller dimensions and to investigate the dependence of intralayer as well as interlayer coupling on the magnetization reversal of the dot array with multiple storage layers. The second part focuses on the investigation of the giant magnetoresistance effect in systems with perpendicular magnetic anisotropy, where L10 -chemically ordered FePt alloys and [Co/Pt] as well as [Co/Pd] multilayers were utilized. In case of FePt, where high temperatures during the deposition are necessary to induce the chemical ordering, diffusion and alloying of the spacer material often prevent a sufficient exchange decoupling of the ferromagnetic layers. However, with Ru as spacer material a giant magnetoresistance effect could be achieved. Large improvements of the magnetoresistive behavior of such trilayer structures are presented for [Co/Pt] and [Co/Pd] multilayers, which can be deposited at room temperature not limiting the choice of spacer as well as substrate material. Furthermore, in systems consisting of one ferromagnet with perpendicular magnetic anisotropy and one ferromagnet with in-plane magnetic easy axis, a linear and almost hysteresis-free field dependence of the electrical resistance was observed and the behavior for various thickness series has been intensively studied. Finally, the corrosion resistance in dependence of the capping layer material as well as the magnetoresistance of a strained flexible pseudo-spin-valve structure is presented. In addition, in chapter 2.5.2 an experimental study of an improved crystal growth of FePt at comparable low temperatures by molecular beam epitaxy and further promoted by a surfactant mediated growth using Sb is shown. Auger electron spectroscopy as well as Rutherford backscattering spectrometry were carried out to confirm the surface segregation of Sb and magnetic characterization revealed an increase of magnetic anisotropy in comparison to reference layers without Sb. / Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung ferromagnetischer Dünnschichtsysteme im Hinblick auf die Austauchkopplung, das Ummagnetisierungsverhalten und Effekte wie z.B. den Exchange Bias Effekt oder den Riesenmagnetwiderstandseffekt (GMR), welche in derartigen Heterostrukturen auftreten können. Die Probenpräparation erfolgte mittels DC Magnetronsputtern, wobei auf einkristallinen aber auch flexiblen sowie starren amorphen Substraten abgeschieden wurde. Im ersten Teil der Arbeit werden Untersuchungen mit dem Hintergrund einer Anwendung als magnetischer Datenträger vorgestellt. Konkret werden hier die Konzepte Bit Patterned Media (BPM) und 3D Speicher miteinander kombiniert. Letzteres Konzept basiert auf der Verwendung wenigstens zweier austauschentkoppelter ferromagnetischer Schichten, für welche [Co/Pt] Multilagen mit unterschiedlicher magnetischer Anisotropie verwendet wurden. Als Zwischenschichtmaterial diente Pt und Ru. Durch die Charakterisierung des Ummagnetisierungsverhaltens wurde die Austauschkopplung in Abhängigkeit der Zwischenschichtdicke untersucht. Darüber hinaus wurden jene Schichtstapel zur Realisierung des BPM-Konzeptes auf selbstangeordnete SiO2 Partikel mit unterschiedlichen Durchmessern aufgebracht, durch welche sich lateral austauschentkoppelte, eindomänige magnetische Nanostrukturen erzeugen lassen. Zur Untersuchung des Ummagnetisierungsverhaltens und der jeweiligen Größenabhängigkeiten (maßgeblich Durchmesser und Schichtdicke) wurden diese mittels Magnetkraftmikroskopie sowie winkelabhängiger magnetooptischer Kerr Effekt Magnetometrie untersucht. Zur weiteren Vertiefung des Verständnisses noch kleinerer Strukturgrößen erfolgten mikromagnetische Simulationen, bei denen die magnetischen Wechselwirkungen lateral (benachbarte 3D Elemente) als auch vertikal (Wechselwirkungen ferromagnetischer Schichten innerhalb eines 3D Elementes) im Interesse standen, sowie deren Auswirkungen auf das Ummagnetisierungsverhalten des gesamten Feldes. Der Fokus des zweiten Teils liegt auf der Untersuchung des Riesenmagnetwiderstandseffektes in Systemen mit senkrechter Sensitivität. Dafür sind ferromagnetische Schichten mit senkrechter magnetischer Anisotropie nötig, wobei hier die chemisch geordnete L10-Phase der FePt Legierung und [Co/Pt] sowie [Co/Pd] Multilagen Anwendung fanden. Für eine chemische Ordnung der FePt Legierung sind hohe Temperaturen während der Schichtabscheidung notwendig, welche eine hinreichende Austauschentkopplung beider ferromagnetischer Schichten meist nicht gewährleisten. Grund dafür sind einsetzende Diffusionsprozesse als auch Legierungsbildungen mit dem Zwischenschichtmaterial. In der vorliegenden Arbeit konnte der GMR Effekt daher ausschließlich mit einer Ru Zwischenschicht in FePt basierten Trilagensystemen nachgewiesen und charakterisiert werden. Enorme Verbesserungen der magnetoresistiven Eigenschaften werden im Anschluss für [Co/Pt] und vor allem [Co/Pd] Multilagen vorgestellt. Diese Schichtsysteme mit senkrechter magnetischer Anisotropie können bei Raumtemperatur präpariert werden und stellen daher keine weiteren Anforderungen an das Zwischenschichtmaterial sowie die verwendeten Substrate. Hier wurden neben Systemen mit ausschließlich senkrechter magnetischer Anisotropie auch Systeme mit gekreuzten magnetischen Anisotropien intensiv untersucht, da diese durch einen linearen und weitgehend hysteresefreien R(H) Verlauf imHinblick auf Sensoranwendungen enorme Vorteile bieten. Letztendlich wurde die Korrosionsbeständigkeit in Abhängigkeit des Deckschichtmaterials als auch die mechanische Belastbarkeit von auf flexiblen Substraten abgeschiedenen GMR-Schichtstapeln untersucht. Zusätzlich wird in Kapitel 2.5.2 eine experimentelle Studie zum Surfactant-gesteuerten Wachstum der FePt Legierung mittels Molekularstrahlepitaxie vorgestellt. Als Surfactant dient Sb, wodurch die Kristallinität bei geringer Depositionstemperatur deutlich verbessert werden konnte. Die Oberflächensegregation von Sb wurde mittels Auger Elektronenspektroskopie und Rutherford Rückstreuspektrometrie verifiziert und die Charakterisierung magnetischer Eigenschaften belegt einen Anstieg der magnetischen Anisotropieenergie im Vergleich zu Referenzproben ohne Sb.

The present thesis is about the investigation of ferromagnetic thin film systems with respect to exchange coupling, magnetization reversal behavior and effects appearing in magnetic heterostructures, namely the exchange bias and the giant magnetoresistance effect. For this purpose, DC magnetron sputtered thin films and multilayers with perpendicular magnetic anisotropy were prepared on single crystalline and rigid as well as flexible amorphous substrates. The first part concentrates on magnetic data storage applications based on the combination of the concept of bit patterned media and three dimensional magnetic memory, consisting of at least two exchange decoupled ferromagnetic storage layers. Here, [Co/Pt] multilayers, revealing different magnetic anisotropies, have been applied as storage layers and as spacer material Pt and Ru was employed. By the characterization of the magnetization reversal behavior the exchange coupling in dependence of the spacer layer thickness was studied. Furthermore, with regard to the concept of bit patterned media, the layers were also grown on self-assembled silica particles, leading to an exchange decoupled single-domain magnetic dot array, which was studied by magnetic force microscope imaging and angular dependent magneto-optic Kerr effect magnetometry to evaluate the reversal mechanism and its dependence on the array dimensions, mainly the diameter of the silica particles and layer thicknesses. To complete the study, micromagnetic simulations were performed to access smaller dimensions and to investigate the dependence of intralayer as well as interlayer coupling on the magnetization reversal of the dot array with multiple storage layers. The second part focuses on the investigation of the giant magnetoresistance effect in systems with perpendicular magnetic anisotropy, where L10 -chemically ordered FePt alloys and [Co/Pt] as well as [Co/Pd] multilayers were utilized. In case of FePt, where high temperatures during the deposition are necessary to induce the chemical ordering, diffusion and alloying of the spacer material often prevent a sufficient exchange decoupling of the ferromagnetic layers. However, with Ru as spacer material a giant magnetoresistance effect could be achieved. Large improvements of the magnetoresistive behavior of such trilayer structures are presented for [Co/Pt] and [Co/Pd] multilayers, which can be deposited at room temperature not limiting the choice of spacer as well as substrate material. Furthermore, in systems consisting of one ferromagnet with perpendicular magnetic anisotropy and one ferromagnet with in-plane magnetic easy axis, a linear and almost hysteresis-free field dependence of the electrical resistance was observed and the behavior for various thickness series has been intensively studied. Finally, the corrosion resistance in dependence of the capping layer material as well as the magnetoresistance of a strained flexible pseudo-spin-valve structure is presented. In addition, in chapter 2.5.2 an experimental study of an improved crystal growth of FePt at comparable low temperatures by molecular beam epitaxy and further promoted by a surfactant mediated growth using Sb is shown. Auger electron spectroscopy as well as Rutherford backscattering spectrometry were carried out to confirm the surface segregation of Sb and magnetic characterization revealed an increase of magnetic anisotropy in comparison to reference layers without Sb. / Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung ferromagnetischer Dünnschichtsysteme im Hinblick auf die Austauchkopplung, das Ummagnetisierungsverhalten und Effekte wie z.B. den Exchange Bias Effekt oder den Riesenmagnetwiderstandseffekt (GMR), welche in derartigen Heterostrukturen auftreten können. Die Probenpräparation erfolgte mittels DC Magnetronsputtern, wobei auf einkristallinen aber auch flexiblen sowie starren amorphen Substraten abgeschieden wurde. Im ersten Teil der Arbeit werden Untersuchungen mit dem Hintergrund einer Anwendung als magnetischer Datenträger vorgestellt. Konkret werden hier die Konzepte Bit Patterned Media (BPM) und 3D Speicher miteinander kombiniert. Letzteres Konzept basiert auf der Verwendung wenigstens zweier austauschentkoppelter ferromagnetischer Schichten, für welche [Co/Pt] Multilagen mit unterschiedlicher magnetischer Anisotropie verwendet wurden. Als Zwischenschichtmaterial diente Pt und Ru. Durch die Charakterisierung des Ummagnetisierungsverhaltens wurde die Austauschkopplung in Abhängigkeit der Zwischenschichtdicke untersucht. Darüber hinaus wurden jene Schichtstapel zur Realisierung des BPM-Konzeptes auf selbstangeordnete SiO2 Partikel mit unterschiedlichen Durchmessern aufgebracht, durch welche sich lateral austauschentkoppelte, eindomänige magnetische Nanostrukturen erzeugen lassen. Zur Untersuchung des Ummagnetisierungsverhaltens und der jeweiligen Größenabhängigkeiten (maßgeblich Durchmesser und Schichtdicke) wurden diese mittels Magnetkraftmikroskopie sowie winkelabhängiger magnetooptischer Kerr Effekt Magnetometrie untersucht. Zur weiteren Vertiefung des Verständnisses noch kleinerer Strukturgrößen erfolgten mikromagnetische Simulationen, bei denen die magnetischen Wechselwirkungen lateral (benachbarte 3D Elemente) als auch vertikal (Wechselwirkungen ferromagnetischer Schichten innerhalb eines 3D Elementes) im Interesse standen, sowie deren Auswirkungen auf das Ummagnetisierungsverhalten des gesamten Feldes. Der Fokus des zweiten Teils liegt auf der Untersuchung des Riesenmagnetwiderstandseffektes in Systemen mit senkrechter Sensitivität. Dafür sind ferromagnetische Schichten mit senkrechter magnetischer Anisotropie nötig, wobei hier die chemisch geordnete L10-Phase der FePt Legierung und [Co/Pt] sowie [Co/Pd] Multilagen Anwendung fanden. Für eine chemische Ordnung der FePt Legierung sind hohe Temperaturen während der Schichtabscheidung notwendig, welche eine hinreichende Austauschentkopplung beider ferromagnetischer Schichten meist nicht gewährleisten. Grund dafür sind einsetzende Diffusionsprozesse als auch Legierungsbildungen mit dem Zwischenschichtmaterial. In der vorliegenden Arbeit konnte der GMR Effekt daher ausschließlich mit einer Ru Zwischenschicht in FePt basierten Trilagensystemen nachgewiesen und charakterisiert werden. Enorme Verbesserungen der magnetoresistiven Eigenschaften werden im Anschluss für [Co/Pt] und vor allem [Co/Pd] Multilagen vorgestellt. Diese Schichtsysteme mit senkrechter magnetischer Anisotropie können bei Raumtemperatur präpariert werden und stellen daher keine weiteren Anforderungen an das Zwischenschichtmaterial sowie die verwendeten Substrate. Hier wurden neben Systemen mit ausschließlich senkrechter magnetischer Anisotropie auch Systeme mit gekreuzten magnetischen Anisotropien intensiv untersucht, da diese durch einen linearen und weitgehend hysteresefreien R(H) Verlauf imHinblick auf Sensoranwendungen enorme Vorteile bieten. Letztendlich wurde die Korrosionsbeständigkeit in Abhängigkeit des Deckschichtmaterials als auch die mechanische Belastbarkeit von auf flexiblen Substraten abgeschiedenen GMR-Schichtstapeln untersucht. Zusätzlich wird in Kapitel 2.5.2 eine experimentelle Studie zum Surfactant-gesteuerten Wachstum der FePt Legierung mittels Molekularstrahlepitaxie vorgestellt. Als Surfactant dient Sb, wodurch die Kristallinität bei geringer Depositionstemperatur deutlich verbessert werden konnte. Die Oberflächensegregation von Sb wurde mittels Auger Elektronenspektroskopie und Rutherford Rückstreuspektrometrie verifiziert und die Charakterisierung magnetischer Eigenschaften belegt einen Anstieg der magnetischen Anisotropieenergie im Vergleich zu Referenzproben ohne Sb.