The magnetic properties and crystal texture of micron-sized, lithographically patterned ferromagnetic/antiferromagnetic (FM/AF) exchange-coupled elements supporting vortex remanent magnetization states were characterized using experimental and numerical modeling techniques. 10umx10um square elements consisting of Ni80Fe20/Ir20Mn80 bilayers prepared on silicon and glass substrates using e-beam lithography and magnetron sputtering were thermomagnetically annealed under various in-plane cooling fields to induce exchange bias. Longitudinal and time-resolved Kerr effect microscopy were employed to measure the quasi-static hysteresis and dynamic response, while X-ray diffraction analysis was used to probe their crystal texture under different deposition and substrate conditions. The FM layer was found to be critical for the development of the necessary texture and spin alignment in the AF for creating interfacial exchange-bias. The exchange-bias field was found to significantly alter the magnetic behavior of the samples, leading to the stabilization of the vortex structure and asymmetric hysteresis loop shift in the quasi-static regime, as well as precessional frequency reduction of the bottom domain in the dynamic regime. Numerical simulations showed good qualitative agreement with both experimental observations and existing literature, and revealed the origin of the precessional frequency reduction as the different spin-wave eigenmodes excited by different remanent magnetization states. / Graduate

Magnetické vortexy jsou charakterizovány směrem stáčení magnetizace a polarizací vortexového jádra, přičemž každá z těchto veličin nabývá dvojice stavů. Ve výsledku jsou tak k dispozici čtyři možné stabilní konfigurace, čehož může být využito v multibitových paměťových zařízeních. Tato dizertační práce se zabývá selektivním zápisem stavů magnetického vortexu v magnetickém disku pulzem elektrického proudu stejně jako jejich následným elektrickým čtením. Před samotnou realizací elektrických měření byla provedena statická měření přepínání stavů vortexu pomocí různých proudových pulzů v kombinaci s technikami MFM a následně MTXM. Následně byl realizován dynamický odečet stavu vortexu kompletně založený na elektrických měřeních. Ovládání cirkulace vortexu je založeno na geometrické asymetrii vytvořené oříznutím magnetického disku a vytvořením fazety. Plochý okraj disku definuje preferenční smysl stáčení cirkulace během procesu nukleace vortexu. Řízení polarity se obvykle provádí ve dvou krocích. V prvním kroku, homogenně magnetizovaná vrstva s kolmou magnetickou anizotropií umístěná na dně disku definuje výchozí polaritu vortexu v době nukleace. V druhém kroku, je-li to nutné, je polarita vortexu přepnuta pomocí rychlého proudového pulzu. Proto je možné nastavit požadovaný stav cirkulace vysláním nanosekundového pulsu s nízkou amplitudou, následované nastavením polarity pikosekundovým pulsem s vysokou amplitudou. Stavy vortexů jsou pak detekovány elektrickou spektroskopií prostřednictvím anizotropní magnetorezistence. Vzorky pro všechna statická a dynamická měření byly připraveny pomocí elektronové litografie v kombinaci s lift-off procesem.