In dieser Dissertation wird die gute Einstellbarkeit von synthetischen Antiferromagneten mit dem kollektiven Surface Spin-Flop-Verhalten kombiniert. Es wird der Einfluss der Gesamtschichtdicke untersucht, welche mit dem Abstand der magnetische Oberflächen korreliert. Zudem werden die Dicken der ferromagnetischen Untereinheiten an den Außenseiten verändert, womit die Beiträge der Oberflächen unterdrückt oder verstärkt werden können. Darauffolgend wird die Kontrolle der Oberflächenbeiträge angewendet, um Exchange Bias-Strukturen auf Basis synthetischer Antiferromagnete zu erzeugen. Da diese nicht aus Heterostrukturen intrinsischer Antiferromagnete und Ferromagnete bestehen, wird nicht nur eine gute Abstimmbarkeit erreicht, sondern auch die Materialwahl
wird potentiell vereinfacht. Zudem kann der Exchange Bias in synthetischen Antiferromagneten vollständig bei Raumtemperatur beobachtet und gesteuert werden. Im Weiteren wird ein zuvor untersuchtes Konzept zur Stabilisierung der vom Surface Spin-Flop erzeugten vertikalen antiferromagnetischen Domänenwände erweitert. Es wird demonstriert, wie ein Paar koexistierender antiferromagnetischer Domänenwände in Abwesenheit äußerer Magnetfelder und bei tiefen Temperaturen stabil gehalten werden kann. Damit können in Erweiterung der ursprünglichen Konzeptes nun acht anstatt sechs remanenter Zustände durch geeignete Magnetfeldroutinen eingestellt werden.:1. Introduction
2. Theoretical background
2.1. Micromagnetic energy terms
2.1.1. Zeeman energy
2.1.2. Demagnetization energy
2.1.3. Anisotropy energy
2.1.4. Exchange energy
2.2. Magnetic multilayers
2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers
2.2.2. Synthetic antiferromagnets
2.3. Exchange Bias
2.4. The bulk and surface spin-flop
3. Methods
3.1. Sputter deposition
3.2. X-ray diffraction and reflectometry
3.3. Magnetometry
3.4. Magnetic force microscopy
3.5. Micromagnetic simulations
4. Results
4.1. From collective reversal to exchange bias
4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop
4.1.2. Influence of the surface block thickness
4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets
4.2. Tailoring the surface spin flop
4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls
4.2.2. Alternative anisotropy profile
5. Conclusions and Outlook
A. Supplemental material
A.1. Supplemental material for Section 2.4
A.2. Supplemental material for Section 4.1.1
A.3. Supplemental material for Section 4.1.2
A.4. Supplemental material for Section 4.1.3
A.5. Supplemental material for Section 4.2.1
A.6. Supplemental material for Section 4.2.2
A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5
A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance
A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni
A.7.3. Initial magneto-resistance measurements
A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code
B. Bibliography
C. List of Samples
D. Selbstständigkeitserklärung
E. Danksagung
F. Lebenslauf
G. Publikationsliste / In this thesis, the high degree of tunability in the SAFs is combined with the collective surface spin-flop reversal. The influence of the total thickness and thus the distance of the magnetic surfaces is explored. Furthermore, the thickness of the ferromagnetic surface subunits is altered to selectively suppress or enhance the surface contribution. The control of the surface contribution is subsequently employed to create magnetic exchange bias structures based on the synthetic antiferromagnets. If compared to conventional exchange bias systems in heterostructures of intrinsic antiferromagnetic and ferromagnetic materials, an exchange bias with full room temperature operation, high tunability and a potential potential much more flexible choice of materials becomes available. Additionally, a previously established concept to stabilize the vertical antiferromagnetic domain walls that originate from the surface spin-flop at remanence is extended to a coexisting pair of antiferromagnetic domain walls. At low temperatures, the coexisting vertical antiferromagnetic domain walls can be stabilized at remanence, too. Furthermore, the total number of different remanent states, which are accessible through different field routines, can be increased from six in the original concept to eight in the more sophisticated concept presented here.:1. Introduction
2. Theoretical background
2.1. Micromagnetic energy terms
2.1.1. Zeeman energy
2.1.2. Demagnetization energy
2.1.3. Anisotropy energy
2.1.4. Exchange energy
2.2. Magnetic multilayers
2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers
2.2.2. Synthetic antiferromagnets
2.3. Exchange Bias
2.4. The bulk and surface spin-flop
3. Methods
3.1. Sputter deposition
3.2. X-ray diffraction and reflectometry
3.3. Magnetometry
3.4. Magnetic force microscopy
3.5. Micromagnetic simulations
4. Results
4.1. From collective reversal to exchange bias
4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop
4.1.2. Influence of the surface block thickness
4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets
4.2. Tailoring the surface spin flop
4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls
4.2.2. Alternative anisotropy profile
5. Conclusions and Outlook
A. Supplemental material
A.1. Supplemental material for Section 2.4
A.2. Supplemental material for Section 4.1.1
A.3. Supplemental material for Section 4.1.2
A.4. Supplemental material for Section 4.1.3
A.5. Supplemental material for Section 4.2.1
A.6. Supplemental material for Section 4.2.2
A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5
A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance
A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni
A.7.3. Initial magneto-resistance measurements
A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code
B. Bibliography
C. List of Samples
D. Selbstständigkeitserklärung
E. Danksagung
F. Lebenslauf
G. Publikationsliste
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:84897 |
| Date | 12 June 2023 |
| Creators | Böhm, Benny |
| Contributors | Hellwig, Olav, Leistner, Karin, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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