Dank der hohen uniaxialen Kristallanisotropie der L10-geordneten Phase gelten nanopartikuläre FePt+C-Schichten als aussichtsreiche Kandidaten zukünftiger Datenspeichersysteme. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit in Kooperation mit HGST- A Western Digital Company Prototypen solcher Medien strukturell bis hin zu atomarer Auflösung charakterisiert. Anhand von lokalen Messungen der Gitterparameter der FePt-Partikel wird gezeigt, dass die Partikel dünne, zementitartige Verbindungen an ihrer Oberfläche aufweisen. Zusätzlich werden große Partikel mit kleinem Oberfläche-Volumen-Verhältnis von kontinuierlichen Kohlenstoffschichten umschlossen, was die Deposition weiteren Materials verhindert.
Eine Folge davon ist die Entstehung einer zweiten Lage statistisch orientierter Partikel, die sich negativ auf das magnetische Verhalten der FePt-Schicht auswirkt. Weiterhin wird die besondere Bedeutung des eingesetzten Substrats sowie seiner Gitterfehlpassung zur L10-geordneten Einheitszelle nachgewiesen. So lässt sich das Auftreten fehlorientierter ebenso wie das L12-geordneter Kristallite im Fall großer Fehlpassung und einkristalliner Substrate unterdrücken, was andererseits jedoch zu einer stärkeren Verkippung der [001]-Achsen der individuellen FePt-Partikel führt. Abschließend wird mithilfe der Elektronenholographie nachgewiesen, dass die Magnetisierungsrichtungen der FePt-Partikel aufgrund von Anisotropieschwankungen von den [001]-Achsen abweichen können.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Magnetische Datenspeicherung
2.1.1 Longitudinale magnetische Datenspeicherung (LMR)
2.1.2 Perpendikuläre Medien (PMR)
2.1.3 Thermisch-unterstützte Schreibprozesse (HAMR)
2.2 Das binäre Legierungssystem Eisen-Platin
2.2.1 Die L10-Ordnungsphase
2.2.2 Partikuläre FePt-Schichten
2.3 Strukturelle Besonderheiten nanoskopischer Systeme
2.3.1 Vorzugsorientierungen in polykristallinen Materialien
2.3.2 Einfluss der Substratoberfläche
2.4 Magnetische Eigenschaften
2.4.1 Magnetokristalline Anisotropie
2.4.2 Das Stoner-Wohlfarth-Modell der Eindomänenteilchen
2.4.3 Besonderheiten nanoskopischer FePt-Magnete
2.5 Prinzipien der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie
2.5.1 Bild- und Kontrastentstehung
2.5.2 Angewandte Bildgebungsverfahren
2.5.3 Elektronenholographie
3 Experimentelles
3.1 Probenherstellung mittels Kathodenzerstäubung
3.2 Präparation von TEM-Lamellen und VSM-Proben
3.3 Strukturelle Charakterisierung
3.3.1 Klassische und hochaufgelöste Transmissionselektronenmikroskopie
3.3.2 Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS)
3.3.3 Röntgendiffraktometrie (XRD)
3.3.4 Rasterkraftmikroskopie (AFM)
3.4 Vermessung der magnetischen Eigenschaften
3.4.1 Korrektur der Hysteresemessungen
3.4.2 Untersuchung des Wechselwirkungsverhaltens
3.4.3 Bestimmung der Anisotropiefelder
3.4.4 Ermittlung der magnetischen Phasenschiebung mittels Holographie
4 Legierungsbildung und Segregationsphänomene
4.1 Charakterisierung der Platinverteilung
4.2 Untersuchung der Kohlenstoffsegregation
4.3 Einfluss von Kupfer-Additiven
5 Untersuchung des Substrateinflusses
5.1 Einfluss der Gitterfehlpassung zu einkristallinen Substraten
5.2 Vergleich einkristalliner und polykristalliner Substrate
5.3 Einfluss von Substratkorngrenzen
5.4 Auswirkungen der Substratrauheit
6 Magnetische Charakterisierung einzelner FePt Inseln mittels Elektronenholographie
6.1 Experimentelle Bestimmung der magnetischen Phasenschiebung
6.2 Simulation der Phasenkontraste
7 Zusammenfassung / Highly textured L10-ordered FePt+C-films are foreseen to become the next generation of magnetic data storage media. Therefore prototypes of such media (provided by HGST- A Western Digital Company) are structurally investigated down to the atomic level by HR-TEM and the observed results are correlated to the magnetic performance of the film. In a first study the occurrence of a strongly disturbed surface layer with a lattice spacing that corresponds to cementite is observed. Furthermore the individual particles are surrounded by a thin carbon layer that suppresses the deposition of further material and leads, therefore, to the formation of a second layer of particles.
Without a contact to the seed layer these particles are randomly oriented and degrade the magnetic performance of the media. A further study reveals, that a selection of single-crystalline substrates with appropriate lattice mismatch to the L10-ordered unit cell can be applied to avoid the formation of in-plane oriented and L12-ordered crystals. Unfortunately, the required large mismatch results in a broadening of the texture of the [001]-axes of the individual grains. As electron holography studies reveal, the orientation of the magnetization of the individual grains can differ from the structural [001]-axis due to local fluctuations of the uniaxial anisotropy.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Magnetische Datenspeicherung
2.1.1 Longitudinale magnetische Datenspeicherung (LMR)
2.1.2 Perpendikuläre Medien (PMR)
2.1.3 Thermisch-unterstützte Schreibprozesse (HAMR)
2.2 Das binäre Legierungssystem Eisen-Platin
2.2.1 Die L10-Ordnungsphase
2.2.2 Partikuläre FePt-Schichten
2.3 Strukturelle Besonderheiten nanoskopischer Systeme
2.3.1 Vorzugsorientierungen in polykristallinen Materialien
2.3.2 Einfluss der Substratoberfläche
2.4 Magnetische Eigenschaften
2.4.1 Magnetokristalline Anisotropie
2.4.2 Das Stoner-Wohlfarth-Modell der Eindomänenteilchen
2.4.3 Besonderheiten nanoskopischer FePt-Magnete
2.5 Prinzipien der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie
2.5.1 Bild- und Kontrastentstehung
2.5.2 Angewandte Bildgebungsverfahren
2.5.3 Elektronenholographie
3 Experimentelles
3.1 Probenherstellung mittels Kathodenzerstäubung
3.2 Präparation von TEM-Lamellen und VSM-Proben
3.3 Strukturelle Charakterisierung
3.3.1 Klassische und hochaufgelöste Transmissionselektronenmikroskopie
3.3.2 Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS)
3.3.3 Röntgendiffraktometrie (XRD)
3.3.4 Rasterkraftmikroskopie (AFM)
3.4 Vermessung der magnetischen Eigenschaften
3.4.1 Korrektur der Hysteresemessungen
3.4.2 Untersuchung des Wechselwirkungsverhaltens
3.4.3 Bestimmung der Anisotropiefelder
3.4.4 Ermittlung der magnetischen Phasenschiebung mittels Holographie
4 Legierungsbildung und Segregationsphänomene
4.1 Charakterisierung der Platinverteilung
4.2 Untersuchung der Kohlenstoffsegregation
4.3 Einfluss von Kupfer-Additiven
5 Untersuchung des Substrateinflusses
5.1 Einfluss der Gitterfehlpassung zu einkristallinen Substraten
5.2 Vergleich einkristalliner und polykristalliner Substrate
5.3 Einfluss von Substratkorngrenzen
5.4 Auswirkungen der Substratrauheit
6 Magnetische Charakterisierung einzelner FePt Inseln mittels Elektronenholographie
6.1 Experimentelle Bestimmung der magnetischen Phasenschiebung
6.2 Simulation der Phasenkontraste
7 Zusammenfassung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:30064 |
| Date | 12 December 2016 |
| Creators | Wicht, Sebastian |
| Contributors | Schultz, Ludwig, Albrecht, Manfred, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0028 seconds