Gefilmte Magnetisierung

  • 13. September 2018

Optimiertes Verfahren zur Abbildung der Magnetisierungs­dynamik.

Ein Ersatz der heutigen elek­tronischen Speicher­technologie beruht in Zukunft vielleicht auf der Nutzung kleinster magne­tischer Strukturen. Einzelne magnetische Bereiche entsprechen dabei den Bits, die möglichst klein sein und schnell geschaltet werden müssen. Um die grundlegenden physi­kalischen Effekte besser verstehen und die Bauteile optimieren zu können, bedient man sich verschie­dener Verfahren, die die Magnetisierung bildlich darstellen können. An der Johannes Gutenberg-Univer­sität Mainz JGU wurde jetzt eine Elektronen­mikroskop-basierte Technik weiter­entwickelt, sodass man nicht nur diese Bauteile statisch abbilden, sondern die schnellen Schalt­vorgänge filmen kann. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine spezielle Signal­verarbeitung das Bildrauschen unter­drückt.

Abb.: Zeitaufgelöste Messung der Bewegung des Kerns eines magnetischen Wirbels unter dem Einfluss eines oszillierenden Magnetfeldes. (Bild: D. Schönke)

Abb.: Zeitaufgelöste Messung der Bewegung des Kerns eines magnetischen Wirbels unter dem Einfluss eines oszillierenden Magnetfeldes. (Bild: D. Schönke)

„Wir verfügen damit über ein hervor­ragendes Verfahren, um die Magne­tisierung in kleinen Bau­elementen zu unter­suchen“, sagt Daniel Schönke vom Institut für Physik, der mit dem Unternehmen Surface Concept kooperiert. Raster­elektronen­mikroskopie mit Polarisations­analyse ist ein labor­basiertes Abbildungs­verfahren für magnetische Strukturen. Vorteil­haft ist die hohe räum­liche Auflösung im Vergleich zu optischen Methoden. Nachteilig ist vor allem die lange Zeit für eine Bild­aufnahme, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu bekommen. Die Messzeit kann aber bei einem perio­disch angeregten und sich dement­sprechend periodisch verän­dernden magne­tischen Signal mithilfe eines digitalen phasen­empfindlichen Gleich­richters, der nur Signale der gleichen Frequenz wie die Anregung detektiert, verkürzt werden.

Grundlage für diese Signal­verarbeitung ist eine zeit­aufgelöste Messung. In der nun entwickelten Technik ist eine Zeit­auflösung von weniger als zwei Nano­sekunden möglich. Dies erlaubt die Unter­suchung von schnellen magne­tischen Schalt­vorgängen. Dabei können sowohl Bilder über die gesamte Anregungs­periode hinweg aufgenommen als auch einzelne Bilder zu einem definierten Zeitpunkt innerhalb der Periode ausgewählt werden. Diese Weiter­entwicklung macht das Verfahren konkurrenz­fähig mit weitaus aufwendigeren Abbildungs­techniken an großen Beschleu­niger­anlagen und ermöglicht es, die Mag­netisierungs­dynamik kleiner magne­tischer Bauelemente im Labor zu erforschen. Die Arbeit fand im Rahmen des Sonder­forschungs­bereichs TRR173 „Spin+X – Spin in seiner kollek­tiven Umgebung“ statt. 

JGU / JOL

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