Statisches Magnetisierungsverhalten von Mikro– und Nanomagneten

Florian Steinbauer

Betreuer: Prof. Dr. H. Hoffmann

Abgabe am 05.01.2005

mündliche Prüfung am 12.04.2005





In dieser Arbeit werden Untersuchungen zum statischen Magnetisierungsverhalten von ferromagnetischen flachen Kreiszylindern im Mikro– und Nanometerbereich dargestellt, d.h. zum magnetischen Grundzustand (Zustand niedrigster magnetischer Energie) und zum statischen Ummagnetisierungsverhalten.

Aus dem Vergleich der konkurrierenden Energiedichten, nämlich der Austausch- und Anisotropieenergiedichte einerseits und der Entmagnetisierungsenergiedichte andreseits wird eine Phasengrenz für den magnetischen Grundzustand abgeleitet. Sie stellt die Grenze zwischen Eindomänenzustand, bei dem die magnetischen Momente im wesentlichen parallel ausgerichtet sind, und dem Vortex-Zustand, bei dem die magnetischen Momente einen geschlossenen Kreisfluß um ein senkrecht ausgerichtetes Zentrum bilden, dar.

Anschließend wird ein Ummagnetisierungsmodell für flache Kreiszylinder vorgestellt, das die Ummagnetisierung als Phasenübergang vom gesättigten Zustand über einen virtuellen oder über einen verschobenen Vortex-Zwischenzustand zum entgegengerichtet gesättigten Eindomänenzustand beschreibt. Dieses Modell erklärt alle drei Typen der Ummagnetisierung, die bisher im Experiment beobachtet wurden.

Schließlich werden die Experimente dargestellt, die zur Überprüfung des Modells durchgeführt wurden, und die Ergebnisse bewertet.



Static Magnetisation Behaviour of Micro- and Nanomagnets



In this work investigations of the static magnetisation behaviour, i.e. of the magnetic groundstate (state of lowest magnetic energy) and of the static magnetisation reversal, of micro- and nanometer sized ferromagnetic flat circular cylinders are shown.

As a result of comparing the concurring energy densities, namely the exchange energy density and the anisotropy energy density on the one hand and the demagnetisation energy density on the other hand, a phase boundary of the magnetic ground state is derived, which forms the boundary between the single domain state, wherein the magnetic moments substantially are arranged parallel, and the vortex state, wherein the magnetic moments form a closed magnetix flux around a perpendicular centre.

Following a model of magnetisation reversal for flat circular cylinders is presented, which describes the magnetisation reversal as a phase transition from the homogenous single domain state over a virtual vortex state or over a displaced vortex state to the antiparallel single domain state. This model explains all the three types of magnetization reversal measured in experiment.

Finally the experiments are shown, which were performed to proof the model, and the results are evaluated.