Titel: Strukturelle und magnetische Eigenschaften von Co/Cu Viellagenschichten

Autor: Markus Haidl

Betreuer: Prof. Dr. H. Hoffmann

Abgabedatum: 11.07.1996

Ziel der Arbeit war, die strukturellen und magnetischen Eigenschaften von Co/Cu-Viellagen-schichten systematisch zu untersuchen und sowohl qualitativ als auch quantitativ mit dem "Giant Magnetoresistance" (GMR) zu korrelieren. Bei diesem Effekt handelt es sich um eine zum Teil drastische Änderung des elektrischen Widerstands einer Probe als Funktion eines äußeren Magnetfeldes.

Die Präparation der Co/Cu-Viellagenschichten erfolgte mittels Sputtern und Verdampfen im UHV. Die systematische Untersuchung von Dickenabhängigkeiten setzte dabei die Variation von Puffer- und Einzellagendicken in einem weiten Bereich voraus.

Strukturelle Untersuchungen ergaben polykristalline Schichten mit fcc(111)-Textur. Die Proben zeigten lagenweises Kristallitwachstum (Pseudomorphie) mit kristallinen Bereichen um 20 nm sowohl lateral als auch entlang der Wachstumsrichtung. Es stellte sich heraus, daß eine Fe-Pufferlage geeigneter Dicke zu einer strukturellen Verbesserung des Viellagenstapels führt. Dies manifestierte sich in geringen Rauhigkeitswerten der Schichten verglichen mit Proben ohne Pufferlage und folgte auch aus Wachstumsuntersuchungen. Störungen der Lagenstruktur und des pseudomorphen Wachstums konnten mit hochauflösenden Methoden (Elektronenmikroskopie, Kraftmikroskopie) als Korngrenzen identifiziert werden.

Die Untersuchung von Dickenabhängigkeiten ergab einen maximalen GMR-Wert von ca. 22% (Si(100)/6 nm Fe/10 Doppellagen Co(1,1 nm)/Cu(2,0 nm)) bei Zimmertemperatur, was Literaturangaben zum Teil übertrifft. Der Ummagnetisierungsvorgang konnte erstmals anhand lokaler Messungen mit hoher Ortsauflösung ( 400 nm) verfolgt werden. Dazu wurde ein neuartiges magnetooptisches Raster-Laser-Mikroskop entwickelt, das die Detektion der Magnetisierungskomponenten in alle drei Raumrichtungen am selben Probenort erlaubt.

Die Resultate der Magnetisierungsmessungen ergaben eine deutliche Korrelation zwischen der für die Ummagnetisierung repräsentativen Form der (lokalen) Magnetisierungskurve und dem GMR. Domänenbeobachtungen an Proben mit minimalem bzw. maximalem GMR zeigten klare Unterschiede in Form, Größe und Dichte der Bereiche. Durch Kombination von Domänenbeobachtungen mit planaren Magnetisierungskurven (longitudinal/transversal) und Magnetowiderstandsmessungen konnte ein Zusammenhang zwischen den Magnetisierungskomponenten und dem GMR gefunden werden.

Die erhaltenen Ergebnisse tragen damit zu einem besseren Verständnis des GMR bei.