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Entwicklung eines quantitativen Verfahrens zur Streufeld- und Magnetisierungsbestimmung magnetischer Strukturen

Development of a quantitative method for the determination of the stray field and the magnetization of magnetic structures

by Sebastian Dreyer
Doctoral thesis
Date of Examination:2007-07-03
Date of issue:2007-07-31
Advisor:PD Dr. Christian Jooß
Referee:Prof. Dr. Markus Münzenberg
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2650

 

 

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Name:dreyer.pdf
Size:4.03Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

This work deals with the full quantitative local reconstruction of magnetization distributions from measurements of the normal component of the magnetic stray field of micro- and nanostructured magnetic films and the underlying inverse magnetostatic problem. The magneto-optical indicatorfilm technique (MOIF) is applied for magnetic imaging. Based upon the strong magneto-optical Faraday-effect in special sensor layers, this method allows a quantitative determination of the stray field z-component at a fixed height above the samples. Lithographically patterned, magnetically hard structures of well defined shape and size serve as model systems for the investigation and establishment of the relationship between the stray field and the underlying magnetization. The quantitative stray field measurements via MOIF are verified by theoretical simulations. The evaluation of the local magnetization distribution is based on transfer functions in Fourier space, taking all intrinsic measuring conditions into account. This formalism leads to a correct quantitative reconstruction of the magnetization for pattern sizes larger than the resolution limit. Constitutive upon the advanced mathematical inversion scheme, the early stages of the remagnetization process of spatially extended arrays of magnetically hard elements are studied in detail. Furthermore, this work treats the problem of calibrating a magnetic force microscope by means of quantitative MOIF measurements.
Keywords: quantitative magnetization; inverse magnetostatic problem; hardmagnetic structures; magneto-optical indicatorfilm technique

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Die Arbeit beschäftigt sich mit der voll quantitativen lokalen Rekonstruktion von Magnetisierungsverteilungen aus Messungen der Normalkomponente des magnetischen Streufeldes mikro- und nanostrukturierter magnetischer Filme und dem zugrunde liegenden inversen agnetostatischen Problem. Die zur magnetischen Abbildung verwendete Magneto-Optische Indikatorfilm-Methode (MOIF), basierend auf dem ausgeprägten magneto-optischen Faraday-Effekt in speziellen Sensorschichten, erlaubt eine quantitative Bestimmung der z-Komponente des Streufeldes in einer festen Messhöhe über den Proben. Als Modellsysteme für die Untersuchung und Etablierung der Beziehung von Streufeld und zugrunde liegender Magnetisierung dienen elektronenstrahllithographisch präparierte, hartmagnetische Strukturen wohldefinierter Form und Größe. Die quantitative Streufeldbestimmung mittels MOIF wird durch theoretische Simulationen verifiziert. Die explizite Berechnung der lokalen Magnetisierungsverteilung erfolgt auf Basis von Transferfunktionen im Fourierraum unter Berücksichtigung sämtlicher intrinsischer Messbedingungen. Dieser Formalismus ermöglicht die quantitativ korrekte Rekonstruktion der Magnetisierung für Strukturgrößen größer als der resultierenden Ortsauflösung nach der Inversion der Messdaten. Darauf aufbauend werden die Frühstadien des Ummagnetisierungsverhaltens räumlich ausgedehnter Anordnungen hartmagnetischer Strukturen in Abhängigkeit ihrer Form und Größe detailliert untersucht. Des Weiteren befasst sich die Arbeit mit der Fragestellung der Kalibrierung eines magnetischen Kraftmikroskops mittels quantitativer MOIF-Messungen.
Schlagwörter: quantitative Magnetisierung; inverses magnetostatisches Problem; hartmagnetische Strukturen; Magneto-Optische Indikatorfilm-Methode
 

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