Ion-beam induced changes of magnetic and structural properties in thin Fe films

Abstract

Magnetische "in-plane" Anisotropie ferromagnetischer dünner Filme ist von zentralem Interesse für die Entwicklung magnetischer Speichermedien. Dabei haben in den letzten Jahren unterschiedliche Methoden zur Präparation solcher anisotropen Filme und zur Erzeugung von magnetischen Strukturen an Bedeutung gewonnen.Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Induktion der uniaxialen magnetischen in-plane Anisotropie dünner Eisenfilme durch Ionenbestrahlung untersucht. Die Filme wurden mittels Elektronenstrahlverdampfer oder gepulster Laserdeposition mit einer Dicke von ca. 75 nm erzeugt. Als Substrate wurden dabei Si(100), MgO(100) oder SiO2 benutzt. Es wurde der Einfluß von externer mechanischer Spannung, des externen Magnetfelds und der Filmmagnetisierung während der Ionenbestrahlung auf die Ausrichtung der magnetischen Anisotropie untersucht. Durch Variation der Projektilmasse (Xenon, Krypton, Eisen und Neon) und unter Beibehaltung der Ionenreichweite, wurde die Charakteristik der Ionen-Festkörper Wechselwirkung und damit die strukturelle Modifikation der Elektronenstrahlverdampften Filme variiert. Die resultierende magnetische Anisotropie wurde als Funktion der Ionendosis analysiert und mit den Veränderungen der mikroskopischen Spannungen und der Defektstruktur verglichen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein Mechanismus für die Entstehung der induzierten Anisotropie vorgeschlagen.Die experimentelle Analyse wurde mit einer Vielzahl von Techniken ausgeführt: Die magnetische Anisotropie wurde durch die Messung des magneto-optischen Kerr Effekts an einer im Rahmen dieser Arbeit aufgebauten Apparatur durchgeführt. Die Magnetische Orientierungs Mößbauer Spektroskopie lieferte zusätzliche Ergebnisse bezüglich der leichten Richtung des Films. Die Analyse der Probenstruktur erfolgte durch Röntgendiffraktion, Röntgenabsorption, Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie und Sekundärionen-Massenspektroskopie.