Dieter Schuh

Mikro-Hall-Magnetometrie



Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Mikro-Hall-Magnetometrie in Regensburg etabliert. Zunächst wurde die Voraussetzung für eine erfolgreiche Strukturierung der Hall-Sonden sowie der Nanomagnete geschaffen: eine gut funktionierende Elektronenstrahllithographie einschließlich der zugehörigen Präparationsmethoden und Prozeßschritte. Besonders wichtig ist hierbei die exakte Postionierung des Nanomagneten auf dem Sensor, die mit einer Genauigkeit besser als 50 nm realisiert werden komnnte.

Die Einsatzmöglichkeiten der Mikro-Hall-Magnetometrie wurden unter verschiedenen Randbedingungen ausgelotet. Dabei wurden winkelabhängige Messungen des Streufeldes von Nanomagneten ebenso durchgeführt wie temperaturabhängige Messungen. Als Materialsysteme für die magnetischen Messungen wurden elektrolytisch abgeschiedene Nickel-Säulen und Nickel-Scheiben auf Hallkreuzen aus GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen gewählt. Alle vermessenen Säulen zeigen entweder eine rechteckige Hysteresekurve, wie sie im allgemeinen eindomänigen Teilchen zugeordnet wird, oder magnetisieren über genau einen Zwischenzustand um. In diesem Zwischenzustand ändert sich das Streufeld des Teilchens linear mit dem angelegten Feld. Winkelabhängige Messungen an diesen Säulen haben gezeigt, daß es sich bei diesem Zwischenzustand um Curling handelt, die gemessenen Schaltfelder stimmen hervorragend mit denjenigen Werten überein, die theoretisch durch das Curling-Modell vorausgesagt werden. Die Interpretation der Daten temperatur- und winkelabhängiger Messungen, die Form der Hysteresekurven von Säulen, die über einen Curling-Zwischenzustand ummagnetisieren, sowie die Tatsache, daß Säulen annähernd gleicher Form und Größe mit deutlich unterschiedlichen Schaltfeldern aufwarten, bestätigte die Vermutung, daß eine Oxidation der Säulenoberfläche über die Ferromagnet-Antiferromagnet-Kopplung einen starken Einfluß auf das magnetische Verhalten der Säulen hat. An flachen Kreisscheiben im Magnetfeld senkrecht zur Scheibenebene wurden erstmalig Strukturen in der Hysteresekurve beobachtet, die mit dem Entstehen und dem Abbau eines Vortex in Zusammenhang gebracht werden.

Gerade für Nano-Säulen ergaben sich im Laufe der Arbeit interessante Fragestellungen, die zu weiteren Untersuchungen anregen. So wäre zum Beispiel die gezielte Modellierung magnetischer Eigenschaften durch kontrollierte Oxidation der Oberflächen denkbar und von enormen physikalischem und technischem Interesse. Eine prozeßtechnologische Herausforderung ist der Bau eines "Scanning-Hall-Sensors". Gelingt es, die aktive Fläche eines Hallkreuzes nicht durch Ätzprozesse, sondern durch elektrostatisches Confinement festzulegen, so kann dadurch die Position des Kreuzungsbereiches relativ zum Nano-Magneten variiert werden. Auf diese Weise wäre es möglich, die mit Magnetkraftmikroskopie beobachtete Vortex-Wanderung auch mit Mikro-Hall-Magnetometrie nachzuweisen und - quasi als i-Tüpfelchen - quantitativ auszuwerten.



Die Dissertation ist 2000 im Logos Verlag Berlin erschienen (ISBN 3-89722-560-3).
Das Promotionsgesuch wurde am 27.11.2000 eingereicht, das Kolloquium fand am 20.12.2000 statt.
Die Arbeit wurde von Prof. Dr. D. Weiss angeleitet