dc.contributor.advisor | Münzenberg, Markus Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Walowski, Jakob | de |
dc.date.accessioned | 2012-07-16T15:58:51Z | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-18T13:42:53Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:13Z | de |
dc.date.issued | 2012-07-16 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F088-C | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2944 | |
dc.description.abstract | Die Einbindung des Spin-Freiheitsgrades in
elektronische Schaltungen, z.B. als nichtflüchtige magnetische
Speicher, erfordert die genaue Kenntnis der Geschwindigkeiten mit
denen Informationen geschrieben werden können. Optische Pump-Probe
Experimente mit in Ti:Saphir Lasern generierten ultrakurzen Pulsen
geben einen Einblick in die Magnetisierungsdynamik auf der
Femtosekundenzeitskala. Die Magnetisierungsdynamik wird durch das
Erhitzen des Elektronensystems mit der Energie des intensiven
Pump-Pulses ausgelöst, das System entmagnetisiert. Die
Entmagnetisierung und anschließende Relaxation in den
ferromagnetischen Ausgangszustand wird mittels Magneto-Optischem
Kerr-Effekt mit viel schwächeren Probe-Pulsen ausgelesen.
In dieser Arbeit wurde die ultraschnelle Entmagnetisierung und
Relaxation in dünnen Nickelfilmen (2 nm bis 40 nm), angeregt mit
Pumpfluenzen zwischen 10mJ/cm2 und 50mJ/cm2, untersucht. Die
relative Entmagnetisierung wurde aus der Unterdrückung der
Kerr-Rotation in Hysteresekurven ermittelt, die vor dem Heizvorgang
und bei maximaler Entmagnetisierung aufgenommen wurden. Zusätzlich
wurde im selben Messaufbau, mit einer anderen Messmethode, die
Reflektivitätsdynamik gemessen, um die Elektronentemperatur während
der Entmagnetisierung und des Relaxationsprozesses zu ermitteln.
Für die Durchführung einer quantitativen Analyse wurde eine
analytische Lösung des Drei-Temperaturmodels an die experimentellen
Daten angepasst, um die Entmagnetisierungs- und Relaxationszeiten
zu extrahieren. Mittels der Landau-Lifshitz-Bloch Gleichung kann
die Magnetisierungsdynamik modelliert werden. Der einzig benötigte
Parameter ist die Elektronentemperatur, welche unabhängig aus den
Reflektivitätsmessungen bestimmt werden kann. Für den 15 nm
Nickelfilm stimmen die modellierten Daten sehr gut mit den
experimentellen Daten überein. Für Nickelfilme anderer
Schichtdicken werden die Reflektivitätsdaten unter dem
Gesichtspunkt diskutiert, inwieweit die extrahierte
Elektronentemperatur für die Modellierung mit der
Landau-Lifshitz-Bloch Gleichung geeignet ist, um diese mit den
experimentellen Daten zu vergleichen. Zusätzlich werden weitere
Modelle, namentlich das mikromagnetische Dreitemperaturmodell m3TM
und die Spin Super-Diffusion zur Beschreibung der
Magnetisierungsdynamik, diskutiert und verglichen.
Der nächste Schritt, um den Energieverbrauch von Prozessoren zu
senken ist es einen Weg zu finden, die im Betrieb entstehende
Abwärme als zusätzliches Potential zu verwenden. Diese Technik wird
zusammen mit der Ausnutzung des Elektronspins in elektronischen
Schaltungen Spin Kaloritronik genannt. In diesem Zusammenhang sind
magnetische Tunnelkontakte interessante Bauelemente, welche als
nichtflüchtige Speicher mithilfe von im Betrieb generierten
Temperaturgradienten durch die daraus erzeugten Thermospannungen
ausgelesen werden können. Die erzeugten Spannungen hängen von der
relativen Magnetisierung der beiden magnetischen Schichten im
Tunnelkontakt ab. Dieser Effekt wird magneto-Seebeck Effekt
genannt.
In dieser Arbeit wurde der magneto-Seebeck Effekt in
CoFeB-MgO-CoFeB Tunnelelementen untersucht, indem der
Temperaturgradient über dem Tunnelelement durch optisches Heizen
mit einem Laser erzeugt wurde. Der Werdeguang und die Entwicklung
des experimentellen Aufbaus ist im Detail beschrieben. Die
experimentellen Daten werden mit ab-initio Kalkulationen des
magneto-Seebeck Effektes verglichen. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | de |
dc.title | Physics of laser heated ferromagnets: Ultrafast demagnetization and magneto-Seebeck effect | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Physik lasergeheizter Ferromagnete: Ultraschnelle Entmagnetisierung und magneto-Seebeck Effekt | de |
dc.contributor.referee | Münzenberg, Markus Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2000-03-05 | de |
dc.subject.dnb | 530 Physik | de |
dc.subject.gok | RDE 000 | de |
dc.subject.gok | RVC 860 | de |
dc.subject.gok | RNL 500 | de |
dc.description.abstracteng | Including the spin degree of freedom into
electronic circuits e.g. as non-volatile memory devices, requires
the exact knowledge of the speed with which writing information is
possible. All-optical pump-probe experiments with ultra-short
pulses generated by Ti:Sapphire lasers give insight into
magnetization dynamics on the femtosecond time scale. The
magnetization dynamics is triggered by heating the electron system
with the intense pump pulses and demagnetizing the system. The
demagnetization and subsequent relaxation into the initial state
are probed with much weaker probe pulses using the magneto-optical
Kerr-effect.
In this thesis the ultrafast demagnetization and magnetization
recovery were investigated in nickel thin films (2 nm to 40 nm),
applying pump fluences from 10mJ/cm2 to 50mJ/cm2. The relative
demagnetization was determined from the quenching of the Kerr
rotation extracted from hysteresis loops recorded before heating
and during maximum demagnetization. Additionally, reflectivity
dynamics was measured using the same setup with a different
detection scheme to determine the electron temperature during the
demagnetization and recovery process. For a quantitative analysis
the analytic solution to the Three-Temperature-Model was fitted to
the data to extract the demagnetization and recovery times.
Magnetization dynamics can be modeled using the
Landau-Lifshitz-Bloch equation. The only parameter needed is the
electron temperature, which can be obtained independently from the
reflectivity experiments. For the 15 nm nickel film the modeled
data shows very good agreement with the experimental data. For the
other nickel film thicknesses, the reflectivity data are discussed
from the perspective, how the extracted electron temperatures are
useful as input for modeling with the Landau-Lifshitz-Bloch
equation, to obtain results in agreement with the experimental
data. Additionally, further models, namely the micro-magnetic three
temperature model m3TM and the spin super-diffusion which describe
the magnetization dynamics, are discussed and compared.
The next step to improve energy efficiency of microprocessor chips
will be achieved by using the heat produced during computation as
an additional power source to run those processors. This technique
together with the utilization of the electron spin in electronic
devices is termed spin caloritronics. In this context magnetic
tunnel junctions are interesting devices as nonvolatile memory
units. They can be read out using voltages generated by temperature
gradients created by utilizing the heat produced during operation.
There, different voltages are generated depending on the relative
magnetization of both magnetic layers in the tunnel junction,
termed magneto-Seebeck effect.
In this thesis the magneto-Seebeck effect was investigated in
CoFeB-MgO-CoFeB junctions by creating the temperature gradient
across the junction heating one side of the junction optically
using a laser. The realization of the setup is described in detail.
The experimental data is compared to ab-initio calculations of the
magneto-Seebeck effect. | de |
dc.contributor.coReferee | Samwer, Konrad Prof. Dr. | de |
dc.subject.topic | Physics | de |
dc.subject.ger | Femtosekundenspektroskopie | de |
dc.subject.ger | Nickel | de |
dc.subject.ger | TRMOKE | de |
dc.subject.ger | Zeitaufgelöste Reflektivität | de |
dc.subject.ger | ultraschnelle Entmagnetisierung | de |
dc.subject.ger | Spin Kaloritronik | de |
dc.subject.ger | magneto-Seebeck Effekt | de |
dc.subject.ger | Tunnelelement | de |
dc.subject.ger | CoFeB | de |
dc.subject.ger | MgO | de |
dc.subject.eng | femtosecond spectroscopy | de |
dc.subject.eng | nickel | de |
dc.subject.eng | TRMOKE | de |
dc.subject.eng | time-resolved reflectivity | de |
dc.subject.eng | ultrafast demagnetization | de |
dc.subject.eng | spin caloritronics | de |
dc.subject.eng | magneto-Seebeck effect | de |
dc.subject.eng | tunneljunction | de |
dc.subject.eng | CoFeB | de |
dc.subject.eng | MgO | de |
dc.subject.bk | 33.75 | de |
dc.subject.bk | 33.79 | de |
dc.subject.bk | 33.05 | de |
dc.subject.bk | 33.07 | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3615-5 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-3615 | de |
dc.affiliation.institute | Fakultät für Physik | de |
dc.identifier.ppn | 726593621 | de |