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    Spin-Reorientierung in epitaktischen NdCo5-Schichten

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    Die vorliegende Arbeit prĂ€sentiert die ersten detaillierten Untersuchungen des Spin-Reorientierungs-Übergangs in epitaktischen NdCo5-Schichten. Die Proben, die mit gepulster Laserdeposition hergestellt wurden, konnten sowohl als in-plane- als auch als out-of-plane-texturierte Schichten prĂ€pariert werden. FĂŒr beide Wachstumsvarianten ergaben Röntgendiffraktometrie- und Texturmessungen eine sehr gute Texturierung mit einer nahezu einheitlichen Orientierung der c-Achse, die eine Untersuchung der magnetischen Eigenschaften entlang ausgewĂ€hlter kristallografischer Richtungen ermöglichte. Die globalen Magnetisierungsmessungen der In-plane-Proben zeigten einen Spin-Reorientierungs-Übergang von einer magnetisch leichten c-Achse fĂŒr Temperaturen oberhalb von 310 K ĂŒber einen magnetisch leichten Kegel hin zu einer magnetisch leichten Ebene (a-Achse) unterhalb von 255 K. Die Übergangstemperaturen liegen damit geringfĂŒgig ĂŒber den bisher an Massivproben gemessenen Werten. Aus den magnetischen Hysteresemessungen wurden die magnetokristallinen Anisotropiekonstanten erster und zweiter Ordnung fĂŒr den Temperaturbereich der magnetisch leichten c-Achse und der magnetisch leichten Ebene ermittelt. Die Untersuchungen der Out-of-plane-Proben wiesen die Existenz einer magnetokristallinen Anisotropie höherer als zweiter Ordnung nach. Sie bewirkt ein unterschiedliches Schaltverhalten der parallel zur a- bzw. b-Achse gemessenen magnetischen Hysteresekurven im Temperaturregime der magnetisch leichten Ebene. FĂŒr die in-plane-texturierten Schichten wurde das DomĂ€nenmuster und dessen Änderung mit der Temperatur im gesamten Spin-Reorientierungs-Bereich analysiert. Diese Untersuchungen basieren auf in Kooperation mit der UniversitĂ€t Hamburg durchgefĂŒhrten SEMPA-Messungen. Oberhalb von 318 K liegt eine ZweidomĂ€nenkonfiguration mit einer Ausrichtung der Magnetisierung parallel zur c-Achse vor, die beim AbkĂŒhlen in das Regime des magnetisch leichten Kegels in einen VierdomĂ€nenzustand ĂŒbergeht. Unterhalb von 252 K bildet sich eine ZweidomĂ€nenkonfiguration mit parallel zur a-Achse orientierter Magnetisierung. Diese lokalen Messungen bestĂ€tigten den Spin-Reorientierungs-Übergang mit zu den globalen Magnetisierungsmessungen vergleichbaren Übergangstemperaturen. FĂŒr charakteristisch orientierte DomĂ€nenwĂ€nde erfolgten genauere Analysen der Magnetisierungsprozesse in den angrenzenden DomĂ€nen. Um ein erweitertes VerstĂ€ndnis der DomĂ€nenkonfiguration, deren TemperaturabhĂ€ngigkeit und der vorhandenen DomĂ€nenwĂ€nde zu erarbeiten, erfolgten mikromagnetische Simulationsrechnungen fĂŒr ausgewĂ€hlte Temperaturen. Die Berechnungen wurden sowohl fĂŒr homogene Systeme als auch fĂŒr Geometrien mit verschiedenen Pinningzentren durchgefĂŒhrt. Die Analyse der DomĂ€nenwĂ€nde ergab, dass ihr Bloch- oder NĂ©el-Charakter und die DomĂ€nenwandweite von der Temperatur sowie ihrer Ausrichtung parallel zur c- oder a-Achse abhĂ€ngt.This thesis presents the first detailed investigation of the spin-reorientation-transition in epitaxial NdCo5 thin films. The samples were prepared by pulsed laser deposition as in-plane or out-of-plane textured films. For both kinds of samples X-ray diffraction and texture measurements revealed a high degree of texture with one common orientation of the c-axis within the film, which allowed an investigation of the magnetic properties along distinct crystallographic directions. Global magnetization measurements of the in-plane textured films showed a spin-reorientation from a magnetic easy axis (c-axis) at temperatures above 310 K via a magnetic easy cone to a magnetic easy plane (a-axis) at temperatures below 255 K. The transition temperatures are slightly higher than values reported for bulk samples. The magnetocrystalline anisotropy constants of first and second order were determined for the regime of the magnetic easy axis and plane. Measurements of the out-of-plane textured films verified the existence of a magnetocrystalline anisotropy of order larger than two, which becomes obvious from a different magnetic switching behavior along the a- and b-axis in the temperature regime of the magnetic easy plane. The domain structure and its changes with temperature were investigated for the in-plane textured films. There exists a two domain state at temperatures above 318 K with an orientation of the magnetization parallel to the c-axis from which a four domain state evolves when cooling down the sample to the easy cone state. Finally, a two domain state exists in the regime of the magnetic easy plane (easy a-axis) with an orientation of the magnetization parallel to the a-axis at temperatures below 252 K. The local measurements confirm the spin-reorientation-transition with transition temperatures comparable to those derived from global magnetization measurements. In addition, a detailed analysis of the magnetization processes for some characteristically oriented domain walls was performed. Micromagnetic simulations were carried out for selected temperatures to achieve a deeper understanding of the temperature dependence of the domain configuration and of the domain walls. The simulations considered homogeneous systems as well as systems with pinning centers. An analysis of the domain walls showed that their character and width depend on temperature and the orientation parallel to the a- or c-axis

    Spin-Reorientierung in epitaktischen NdCo5-Schichten

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    Die vorliegende Arbeit prĂ€sentiert die ersten detaillierten Untersuchungen des Spin-Reorientierungs-Übergangs in epitaktischen NdCo5-Schichten. Die Proben, die mit gepulster Laserdeposition hergestellt wurden, konnten sowohl als in-plane- als auch als out-of-plane-texturierte Schichten prĂ€pariert werden. FĂŒr beide Wachstumsvarianten ergaben Röntgendiffraktometrie- und Texturmessungen eine sehr gute Texturierung mit einer nahezu einheitlichen Orientierung der c-Achse, die eine Untersuchung der magnetischen Eigenschaften entlang ausgewĂ€hlter kristallografischer Richtungen ermöglichte. Die globalen Magnetisierungsmessungen der In-plane-Proben zeigten einen Spin-Reorientierungs-Übergang von einer magnetisch leichten c-Achse fĂŒr Temperaturen oberhalb von 310 K ĂŒber einen magnetisch leichten Kegel hin zu einer magnetisch leichten Ebene (a-Achse) unterhalb von 255 K. Die Übergangstemperaturen liegen damit geringfĂŒgig ĂŒber den bisher an Massivproben gemessenen Werten. Aus den magnetischen Hysteresemessungen wurden die magnetokristallinen Anisotropiekonstanten erster und zweiter Ordnung fĂŒr den Temperaturbereich der magnetisch leichten c-Achse und der magnetisch leichten Ebene ermittelt. Die Untersuchungen der Out-of-plane-Proben wiesen die Existenz einer magnetokristallinen Anisotropie höherer als zweiter Ordnung nach. Sie bewirkt ein unterschiedliches Schaltverhalten der parallel zur a- bzw. b-Achse gemessenen magnetischen Hysteresekurven im Temperaturregime der magnetisch leichten Ebene. FĂŒr die in-plane-texturierten Schichten wurde das DomĂ€nenmuster und dessen Änderung mit der Temperatur im gesamten Spin-Reorientierungs-Bereich analysiert. Diese Untersuchungen basieren auf in Kooperation mit der UniversitĂ€t Hamburg durchgefĂŒhrten SEMPA-Messungen. Oberhalb von 318 K liegt eine ZweidomĂ€nenkonfiguration mit einer Ausrichtung der Magnetisierung parallel zur c-Achse vor, die beim AbkĂŒhlen in das Regime des magnetisch leichten Kegels in einen VierdomĂ€nenzustand ĂŒbergeht. Unterhalb von 252 K bildet sich eine ZweidomĂ€nenkonfiguration mit parallel zur a-Achse orientierter Magnetisierung. Diese lokalen Messungen bestĂ€tigten den Spin-Reorientierungs-Übergang mit zu den globalen Magnetisierungsmessungen vergleichbaren Übergangstemperaturen. FĂŒr charakteristisch orientierte DomĂ€nenwĂ€nde erfolgten genauere Analysen der Magnetisierungsprozesse in den angrenzenden DomĂ€nen. Um ein erweitertes VerstĂ€ndnis der DomĂ€nenkonfiguration, deren TemperaturabhĂ€ngigkeit und der vorhandenen DomĂ€nenwĂ€nde zu erarbeiten, erfolgten mikromagnetische Simulationsrechnungen fĂŒr ausgewĂ€hlte Temperaturen. Die Berechnungen wurden sowohl fĂŒr homogene Systeme als auch fĂŒr Geometrien mit verschiedenen Pinningzentren durchgefĂŒhrt. Die Analyse der DomĂ€nenwĂ€nde ergab, dass ihr Bloch- oder NĂ©el-Charakter und die DomĂ€nenwandweite von der Temperatur sowie ihrer Ausrichtung parallel zur c- oder a-Achse abhĂ€ngt.This thesis presents the first detailed investigation of the spin-reorientation-transition in epitaxial NdCo5 thin films. The samples were prepared by pulsed laser deposition as in-plane or out-of-plane textured films. For both kinds of samples X-ray diffraction and texture measurements revealed a high degree of texture with one common orientation of the c-axis within the film, which allowed an investigation of the magnetic properties along distinct crystallographic directions. Global magnetization measurements of the in-plane textured films showed a spin-reorientation from a magnetic easy axis (c-axis) at temperatures above 310 K via a magnetic easy cone to a magnetic easy plane (a-axis) at temperatures below 255 K. The transition temperatures are slightly higher than values reported for bulk samples. The magnetocrystalline anisotropy constants of first and second order were determined for the regime of the magnetic easy axis and plane. Measurements of the out-of-plane textured films verified the existence of a magnetocrystalline anisotropy of order larger than two, which becomes obvious from a different magnetic switching behavior along the a- and b-axis in the temperature regime of the magnetic easy plane. The domain structure and its changes with temperature were investigated for the in-plane textured films. There exists a two domain state at temperatures above 318 K with an orientation of the magnetization parallel to the c-axis from which a four domain state evolves when cooling down the sample to the easy cone state. Finally, a two domain state exists in the regime of the magnetic easy plane (easy a-axis) with an orientation of the magnetization parallel to the a-axis at temperatures below 252 K. The local measurements confirm the spin-reorientation-transition with transition temperatures comparable to those derived from global magnetization measurements. In addition, a detailed analysis of the magnetization processes for some characteristically oriented domain walls was performed. Micromagnetic simulations were carried out for selected temperatures to achieve a deeper understanding of the temperature dependence of the domain configuration and of the domain walls. The simulations considered homogeneous systems as well as systems with pinning centers. An analysis of the domain walls showed that their character and width depend on temperature and the orientation parallel to the a- or c-axis
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