Current-Induced Excitations in Ferromagnetic Single Layer and Trilayer Nanodevices

Abstract

In ferromagnetischen Nanostrukturen läßt sich die Magnetisierung durch einen spinpolarisierten Strom manipulieren. So wurde in dieser Arbeit das Schaltverhalten von Co/Cu/Co-Dreifachlagen sowie von Co-Einfachlagen untersucht.Um in solchen Proben eine ausreichend hohe Stromdichte zu realisieren, wurde ein lithographischer Präparationsprozess entwickelt, welcher die Herstellung von Nanosäulen mit einem Durchmesser von ca. 80nm ermöglicht. REM- und TEM/EDX-Aufnahmen der fertiggestellten Strukturen zeigen, dass auf diese Weise Nanosäulen mit wohldefinierten Kanten und Co-Lagen entstehen.Für die elektrische Charakterisierung der Proben wurde ein Messstand aufgebaut, der die Aufzeichnung des differentiellen Widerstandes als Funktion des Gleichstromes bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern erlaubt.Die Transportmessungen an den Co/Cu/Co-Dreifachlagen weisen bei Stromdichten im Bereich von 10^8A/cm^2 sowie in externen Magnetfeldern μ0H>1.5T hysteretische Widerstandserhöhungen bis zu 2.7% auf. Im einfachsten semi-klassischen Modell können diese Modifikationen in R als ein Schalten der einen Co-Lage von einem Zustand parallel zum externen Feld in eine antiparallele Konfiguration interpretiert werden. Die Feldabhängigkeit des Effektes zeigt jedoch, dass das tatsächliche Verhalten der Magnetisierung im Co deutlich komplexer ist.Auch für die Co-Einfachlagen wurden bei ähnlich hohen Stromdichten und externen Magnetfeldern eine Vielzahl von Widerstandsänderungen bis zu 1.5% entdeckt. Dies verdeutlicht die Bedeutung des sogenannten Spinfilter-Effektes , welcher bereits an einer einzelnen Cu/Co-Grenzfläche für eine effektive Spinpolarisation des Stromes sorgt. In einem qualitativen Modell werden die Veränderungen in R auf die Anregungen von Moden, die magnetische Inhomogenitäten im Co (entlang der Stromrichtung bzw. transversal dazu) verursachen, zurückgeführt.