Lorentz-Mikroskopie an ferromagnetischen Nanostrukturen im Vortex-Regime

Strukturierte Nanomagnete sind derzeit von großem Interesse, da sie das Potential z. B. für eine Anwendung als Speichermedium mit sehr hoher Speicherdichte besitzen. Das Verständnis des Magnetismus von Nanostrukturen ist eine wichtige Voraussetzung für Fortschritte auf diesem Gebiet. Von besonderer Bedeutung ist detailliertes Wissen über das Ummagnetisierungsverhalten der Elemente, damit wichtige Anforderungskriterien erfüllt werden können. Seit Jahren wird in diesem Zusammenhang intensiv an der Entwicklung eines magnetischen Speicherelementes gearbeitet, dem sogenannten MRAM (Magnetic Random Access Memory). Ein wichtiger Aspekt ist die Wahl der Geometrie des MRAM-Elements. Dabei rückte in den letzten Jahren die Struktur der Kreisscheibe in den Mittelpunkt des Interesses, da diese für bestimmte Probendimensionen eine magnetische Vortexstruktur ausbildet. Diese Magnetisierungskonfiguration hat den Vorteil, dass sie nur geringe Streufelder verursacht, was eine hohe magnetische Stabilität und eine nur geringe Beeinflussung benachbarter Elemente zur Folge hat. In dieser Arbeit werden in diesem Zusammenhang zwei Konzepte vorgestellt, die es ermöglichen sollen, die in-plane-Magnetisierungskomponente eines Vortex zur Informationsspeicherung zugänglich zu machen, nämlich die Struktur einer Kreisscheibe mit zwei Punktdefekten und die Struktur zweier überlappender Kreisscheiben. Als Material für die Strukturen wurde jeweils das weichmagnetische Permalloy gewählt. Als Verfahren für die experimentelle Untersuchung wurde die Lorentz-Transmissionselektronenmikroskopie genutzt. Sie ermöglicht es, den Verlauf der Magnetisierung in magnetischen Mikro- und Nanostrukturen abzubilden. Dabei kamen die Fresneltechnik und die Elektronenholografie zum Einsatz, wobei letztere das Auflösungsvermögen der Fresneltechnik deutlich übertrifft, so dass auch die quantitative Messung kleinster Komponenten der magnetischen Induktion magnetischer Teilchen und der sie umgebenden Streufelder möglich ist. Die experimentell erzielten Ergebnisse werden durch mikromagnetische Simulationsrechnungen vervollständigt.