Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2375
Main Title: Polarized X-rays and Magnetic Interfaces
Translated Title: Polarisierte Röntgenstrahlung und magnetische Grenzflächen
Author(s): Mishra, Shrawan Kumar
Advisor(s): Eberhardt, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Mit Hilfe elementspezifischer resonanter magnetischer Röntgenstreuung wurden die in der Tiefe und lateral unkompensierten antiferromagnetischen Spins an den Grenzfächen von austansch gekoppelten NiFe/IrMn exchange biased Doppelschichten untersadt. Resonante magnetische Röntgenstreuungs Messungen, durchgeführt mit Umschalten der Helizit at der R ontgenstrahlen sowie auch der Richtung des magnetischen Feldes, erlauben es uns, das duale Verhalten der antiferromagnetischen unkompensierten spins zu detektieren, indem wir den eingefrorenen und den rotierbaren Teil voneinander trennen. Bei einer kritischen Dicke der antiferromagnetischen Schicht zeigen bis zu 90% der festgehaltenen unkompensierten antiferromagnetischen spins die hohe Qualit ät der magnetischen Grenzschicht an. Im untersachten NiFe/IrMn system wurde ein positiver exchange bias beobachtet. Nachdem das system im Feld unter die blocking-Temperatur des Antiferromagneten gekühlt wurde, wird der arspr unglich anf anglicher negative exchange bias durch Training, d.h. sukzessives Umschalten der Magnetisierung, entfernt. Das führt zu einem positiven exchange bias in der N ahe der blocking- Temperatur. Diese neue Erscheinungsform des magnetischen Training wird im Rahmen einen metastabilen magnetischen Unordnung an der magnetisch frustrierten Grenzfäche während des Ummagnetisierungs-prozesses diskutiert. Eine typische exchange biased CoO/NiFe Doppelschicht wurde mit harten und weichen Röntgenstreumethoden untersucht. Messungen mit harte R öntgenstreuung weisen darauf hin, dass die Größe der antiferromagnetischen Dom anen etwas geringer ist als die strukturelle Korngröße. Die temperaturabh angige weiche R öntgenstreuung zeigt, dass das Verh altnis der unkompensierten eingefrorenen spins zu rotating spins erstaunlich gut mit dem Koerzitiv- und dem exchange bias Feld korreliert. Diese Korrelation bildet en mikroskopischen Herkunft der Temperaturbhängigmit der Koerzitiv- und exchange bias-Felder. Mit Hilfe von Photoemissions-Elektronenmikroskopie, kombiniert mit magnetischem Zirkulardichroismus, wurde die mikroskopische magnetische Grenz achenkopplung in Co/FeMn Doppelschichten untersucht. Mit Hilfe eines magnetischen Probenhalters konnte die Domänenstruktur in der ferromagnetischen Schicht und die Anordnung der unkompensierten antiferromagnetischen Spins an der Grenzfläche studiert werden. Durch eine Analyse der lokalen Hystereseschleife in jedem Pixel der aufgenommenen Bilder wurde eine laterale Abbildung des exchange bias und der Koerzitivität der ferromagnetischen Co- Schicht erzeugt. Die lokalen Variationen von exchange bias und Koerzitivfeld zeigen eine direkte Korrelation mit der räumlichen Anordnung der unkompensierten antiferromagnetischen Spins an der Grenzfläche.
Element specific X-ray resonant magnetic scattering has been utilized to directly probe the depth dependence and the laterally interfacial antiferromagnetic uncompensated spins in NiFe/IrMn exchange biased bilayers. X-ray resonant magnetic scattering measurements performed by flipping the helicity of the X-rays as well as switching the magnetic field allow to detect the dual behavior of the antiferromagnetic uncompensated spins by separating the frozen and rotatable fraction. At a critical thickness of the antiferromagnetic layers, up to 90 % of pinned uncompensated antiferromagnetic spins indicates the high quality of the magnetic interface. Positive exchange bias has been observed in the NiFe/IrMn bilayer system via soft X-ray resonant magnetic scattering. After field cooling of the system through the blocking temperature of the antiferromagnet, an initial conventional negative exchange bias is removed after training, i.e., successive magnetization reversals, resulting in a positive exchange bias in the proximity of the blocking temperature. This present novel manifestation of magnetic training is discussed in terms of meta-stable magnetic disorder at the magnetically frustrated interface. An archetypal CoO/NiFe exchange biased bilayer system has been investigated by using hard and soft X-ray resonant scattering techniques. Hard X-ray resonant scattering studies of the CoO/NiFe bilayer suggest that the antiferromagnet domains size are slightly smaller as compared to the structural grain size. Temperature dependent soft X-ray resonant scattering suggests that the ratio of frozen-in to rotating uncompensated spins is found to be remarkably well correlated with the coercive and exchange bias fields. This correlation provides a microscopic origin of the temperature dependence characteristics of the coercive and exchange bias fields. Utilizing photoemission electron microscopy in combination with magnetic circular dichroism, the microscopic magnetic interfacial coupling in Co/FeMn bilayers has been investigated. Using a magnetic sample holder, the domain structure in the ferromagnetic layer and the interfacial arrangement of uncompensated antiferromagnetic spins has been studied. By analyzing the local hysteresis loop of each pixel in the recorded images, lateral mapping of the exchange bias and coercivity of the ferromagnetic Co layer has been performed. The local variations of exchange bias and coercive field exhibits a direct correlation with the spatial arrangement of uncompensated antiferromagnetic spins at the interface.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-25464
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2672
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2375
Exam Date: 26-Jan-2010
Issue Date: 15-Feb-2010
Date Available: 15-Feb-2010
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Magnetische Grenzflächen
Magnetismus
Resonanter magnetischer R öntgenstreuung
Unkompensierten antiferromagnetischen Spins
Exchange Bias
Magnetic Interfaces
Magnetism
Resonant X-ray Magnetic Scattering
Training Effect
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/
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