Tuning the properties of magnetic thin films by interaction with periodic nanostructures

The most important limitation for a significant increase of the areal storage density in magnetic recording is the superparamagnetic effect. Below a critical grain size of the used CoCrPt exchange-decoupled granular films the information cannot be stored for a reasonable time (typically ten years) due to thermal fluctuations arbitrary flipping of the magnetization direction. An alternative approach that may provide higher storage densities is the use of so-called percolated media, in which defect structures are imprinted in an exchange-coupled magnetic film. Such percolated magnetic films are investigated in the present work. We employ preparation routes that are based on (i) self-assembly of Au nanoparticles and (ii) homogeneous size-reduction of self-assembled polystyrene particles. On such non-close-packed nanostructures thin Fe films or Co/Pt multilayers are grown with in-plane and out-of-plane easy axis of magnetization. The impact of the particles on the magnetic switching behavior is measured by both integral magnetometry and magnetic microscopy techniques. We observe enhanced coercive fields while the switching field distribution is broadened compared to thin-film reference samples. It appears possible to tailor the magnetic domain sizes down to the width of an unperturbed domain wall in a continuous film, and moreover, we observe pinning and nucleation at or close to the imprinted defect structures

Präparation und Charakterisierung nanostrukturierter Magnetwerkstoffe unter besonderer Berücksichtigung des Exchange Bias Effekts

Der Einsatz nanostrukturierter Magnetmaterialien als Speicherschichten in Festplatten stellt ein vielversprechendes Konzept zur weiteren Erhöhung der erreichbaren Speicherdichten im Vergleich zu den heute eingesetzten granularen Medien dar. Für die Realisierung dieses Konzeptes ist eine detaillierte Kenntnis der Struktureigenschaften und deren Einfluss auf das magnetische Verhalten der einzusetzenden Schichten erforderlich. Für die vorliegende Arbeit wurden drei verschiedene magnetische Materialien ausgewählt und insbesondere mit elektronenmikroskopischen Methoden in struktureller Hinsicht untersucht. Dazu zählen ferromagnetische (FePt)(100-x)Cu(x) -Schichten, ferromagnetische [Co/Pt]n -Multilagen sowie ferrimagnetische Fe(100-x)Tb(x) -Schichten. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag dabei auf der Korrelation zwischen strukturellen und magnetischen Eigenschaften sowie im Einfluss der Nanostrukturierung auf das magnetische Verhalten der Schichten. In dieser Hinsicht wurden Aspekte der durch die Struktur bedingten magnetischen Anisotropie in Form von magnetokristalliner und Grenzflächenanisotropie betrachtet. Zudem wurde das Kopplungsverhalten zwischen einzelnen Strukturelementen in nanostrukturierten Schichten untersucht. Aufbauend auf die Untersuchung der drei genannten Materialien wurden [Co/Pt]n und Fe(100-x)Tb(x) ausgewählt zum Aufbau eines Systems mit zwei magnetischen Komponenten: Fe(80)Tb(20) / [Co/Pt]10. Die Untersuchungen konzentrierten sich dabei auf die Morphologie der Grenzfläche zwischen den beiden Bestandteilen und deren Einfluss auf den Exchange Bias, der in diesem System vorliegt

Tuning the properties of magnetic thin films by interaction with periodic nanostructures

The most important limitation for a significant increase of the areal storage density in magnetic recording is the superparamagnetic effect. Below a critical grain size of the used CoCrPt exchange-decoupled granular films the information cannot be stored for a reasonable time (typically ten years) due to thermal fluctuations arbitrary flipping of the magnetization direction. An alternative approach that may provide higher storage densities is the use of so-called percolated media, in which defect structures are imprinted in an exchange-coupled magnetic film. Such percolated magnetic films are investigated in the present work. We employ preparation routes that are based on (i) self-assembly of Au nanoparticles and (ii) homogeneous size-reduction of self-assembled polystyrene particles. On such non-close-packed nanostructures thin Fe films or Co/Pt multilayers are grown with in-plane and out-of-plane easy axis of magnetization. The impact of the particles on the magnetic switching behavior is measured by both integral magnetometry and magnetic microscopy techniques. We observe enhanced coercive fields while the switching field distribution is broadened compared to thin-film reference samples. It appears possible to tailor the magnetic domain sizes down to the width of an unperturbed domain wall in a continuous film, and moreover, we observe pinning and nucleation at or close to the imprinted defect structures