This thesis deals with a systematic study of magnetic properties, i.e. saturation magnetization, exchange stiffness, anisotropy, interlayer exchange coupling, and average domains size, of ultrathin Co-based multilayer systems. The multilayers were prepared by DC-magnetron sputtering and the Co-layers are sandwiched either symmetrically or antisymmetrically between nonmagnetic spacer layers of Pt or Ir.
Various experimental techniques were employed to study the different properties and their Co-thickness-driven evolution. The saturation magnetization was measured using ferromagnetic resonance spectroscopy (FMR), while anisotropies and interlayer exchange coupling were deter-mined from measurements of the magneto-optic Kerr effect (MOKE). The exchange stiffness is extracted from domain wall profiles acquired with X-ray holographic microscopy (XHM). To this end, the fabrication scheme of the X-ray optics used in the microscope was improved and a lateral resolution of sub-12 nm experimentally proven. The average domain size was obtained from intensity profiles acquired via X-ray resonant magnetic scattering (XRMS). From the comparison of measured domain sizes to ones calculated from domain spacing models, the strength of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) can be estimated. It is shown that this method, which is frequently applied in literature, is prone to problems, such as the strong dependence on all other magnetic parameters, as well as on the geometry of the domain pattern, the influence of domain wall pinning, and the various models producing differing results. This aggravates the comparison of values between different groups and strongly limits the applicability.
Unlike in recent publications concerning similar multilayer systems, the values measured for the saturation magnetization down to layer thicknesses of 2 nm are in line with the literature value for bulk Co. MOKE data suggest that bulk-like values persist down to ≈ 1 nm. The exchange stiffness was found to be considerably reduced in ultrathin layers compared to the bulk value of fcc Co. The reduction is attributed to interdiffusion at the interfaces and a model is developed that describes the reduction in dependence of the Co thickness and thewidth of the interdiffusion zone.
A spin reorientation transition (SRT) from perpendicular to easy-plane magnetization was ob-served, which is driven by the Co thickness. The transition, however, is strongly influenced by the number of repetitions N and the thickness of the non-magnetic spacer layers. Perpendicular magnetization was observed far beyond the zero crossing of the effective anisotropy for N ≥ 6, which is attributed to the formation of a three-dimensional magnetic microstructure, the so-called vortex state.
In the antisymmetric systems, the stacking sequence plays a crucial role. Both, anisotropy and interlayer exchange coupling are altered by inversion of the sequence. The interlayer exchange coupling changes from a strictly ferromagnetic to an oscillatory behavior, like it is found for a pure Ir spacer layer, but with a longer period length, which is dependent on the thickness of both spacer layers. Finally, perpendicular domains were observed also in antiferromagnetically coupled multilayers, starting from a specific Co-layer thickness, and extending far beyond the zero crossing of the effective anisotropy. While such domains were proposed and observed in such systems for weak effective anisotropies favoring perpendicular magnetization, their presence beyond the zero crossing has not been described before.
 
Diese Doktorarbeit befasst sich mit der systematischen Untersuchung von sehr dunnen kobaltbasierten Multilagensystemen im Hinblick auf ihre magnetischen Eigenschaften, d.h. Sattigungsmagnetisierung, Austauschsteiffigkeit, magnetische Anisotropie, Zwischenlagenaus-tauschkopplung und mittlere Domanengrose. Die Kobaltlagen sind symmetrisch oder antisym-metrisch von nichtmagnetischen Zwischenlagen aus Platin oder Iridium eingefasst und wurden mittels Gleichspannungs-Kathodenzerstaubung prapariert.
Die verschiedenen Eigenschaften wurden mittels unterschiedlicher experimenteller Techniken auf ihre kobaltschichtdickenabhangige Entwicklung untersucht. Fur die Untersuchung der Satti-gungsmagnetisierung wurde ferromagnetische Resonanzspektroskopie eingesetzt, wahrend Anisotropie und Zwischenlagenkopplung durch Messung des magnetooptischen Kerr-Effektes (MOKE) untersucht wurden. Die Austauschsteiffigkeit wurde aus Domanenwandprofilen extrahiert, welche mit rontgenholographischer Mikroskopie (XHM) aufgenommen wurden. Um dies zu ermoglichen wurde der Herstellungsprozess eines fur dieses Mikroskop essentiellen rontgenoptischen Bauteils verbessert und eine raumliche Auflosung von unter 12 nm experimentell nachgewiesen. Die Bestimmung der mittleren Domanengrose erfolgte aus Intensitatsprofilen, welche mittels resonanter Rontgen-Kleinwinkelstreuung (XRMS) gemessen wurden. Aus dem Vergleich der experimentell bestimmten und mit Modellen berechneten Domanengrosen kann die Starke der Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung (DMI) bestimmt werden. Es wird gezeigt, dass diese haufig in der Literatur verwendete Methode sehr problemanfallig ist, was den Vergleich von Werten zwischen verschidenen Arbeitsgruppen erschwert und die Verlasslichkeit so gewonnener Ergebnisse in Frage stellt. Diese Anfalligkeit ist der starken Abhangigkeit von den ubrigen magnetischen Parametern sowie dem Einfluss von Pinning, der Geometrie des Domanenmusters, sowie abweichenden Vorhersagen der unterschiedlichen verwendeten Modelle geschuldet.
Im Gegensatz zu mehreren kurzlich erschienen Publikationen zu ahnlichen Multilagensystemen, wurden fur Kobaltschichtdicken bis zu 2 nm Sattigungsmagnetisierungswerte gemessen die in Ubereinstimmung mit dem Literaturwert fur Kobaltvolumenkristalle sind. Aus MOKE Messun-gen wurde abgeschatzt, dass volumenartige Werte bis Schichtdicken von 1 nm vorherschen. Fur die Austauschsteiffigkeit wurde ein im Vergleich zu fcc Volumenkobalt stark verringerter Wert gemessen. Die Reduktion wird auf Durchmischung an den Grenzflachen zuruckgefuhrt und ein Modell entwickelt, welches die Reduktion in Abhangigkeit der Kobaltschichtdicke und der Breite der Durchmischungszone an der Grenzflache beschreibt.
Es wurde ein kobaltdickengetriebener Spinreorientierungsubergang (SRT) beobachtet, bei wel-chem sich die Vorzugsrichtung der Magnetisierung von senkrecht zu in der Ebene verandert. Die Art des Ubergangs ist allerdings stark von der Anzahl der Multilagen N und der Dicke der nichtmagnetischen Zwischenlagen abhangig. Auch noch in Bereichen jenseits des Null-durchgangs der effektiven Anisotropiewurden fur N ≥ 6 senkrechte Domanen beobachtet, welche der Entstehung einer dreidimensionalen Magnetisierungsverteilung zugeschrieben wird. 
Es hat sich gezeigt, dass in den antisymmetrischen Systemen die Reihenfolge der Schichten eine entscheidende Rolle fur die resultierenden Eigenschaften spielt. Sowohl die Anisotropie wie auch die Zwischenlagenaustauschkopplung werden davon entscheidend beeinflusst. Durch die Umkehrung der Schichtenfolge wird ein Wechsel von ausschlieslich ferromagnetischer Kopplung zu einem periodisch zwischen ferro- und antiferromagnetisch oszillierenden Verhalten hervorgerufen – ein Verhalten, welches bereitsvon Zwischenlagen aus reinem Iridium bekannt ist. Die Oszillation erfolgt jedoch mit einer langeren Periodenlange welche sowohl von der Dicke wie auch der Zusammensetzung der Zwischenlagen abhangig ist. Des Weiteren wurden senkrecht magnetisierte Domanen auch in antiferromagnetisch gekoppelten Multilagen oberhalb einer spezifischen Kobaltschichtdicke beobachtet, die sich bis weit uber den Nulldurchgang der effektiven Anisotropie hinaus beobachteten liesen. Wahrend derartige Domanen fur solche Systeme im Bereich von schwacher senkrechter Anisotropie vorhergesagt und bereits beobachtet wurden, ist deren Prasenz jenseits des Nulldurchgangs bisher nicht berichtet worden.

The magnetic properties of ultrathin Cobalt multilayers symmetrically and antisymmetrically sandwiched between layers of platinum and iridium

Interlayer exchange coupling in Co/Pd-NiFe films studied by Vector Network Analyser Ferromagnetic Resonance

Interlayer magnetic coupling in Fe/Cr multilayers

Handle everyday research tasks with reliable, citation-backed results

Your personal Research Agent to handle research tasks with citation-backed results

Popular Tasks used by Researchers

How can I help with your research?

Meet SciSpace

Get more enhanced response by uploading the PDFs you want me to reference.

No relevant PDFs in your library

SciSpace is the AI research assistant for academics. Run systematic literature reviews on 280M+ papers, and write papers with cited sources. Trusted by 1M+ students, PhDs & researchers.

SciSpace | AI for Research

Analyze PDFs

Code & Manuscripts

Funding & Grants

Literature & Patents

Medical & Clinical Data

Systematic Review

Visualize & Present

Web & Data

Build a Google Scholar-like website for your research.

Build a website

Create charts and images for your research

Create a Chart

Write a paper for submission to a journal

Draft a manuscript

Patent Search

Design eye-catching scientific posters in minutes.

Scientific Poster Generation

Systematic Literature Review

One task is running at the moment. Your messages will be shown right after.

Drag and drop or click here to browse

Loved by <highlight>1 million+</highlight> researchers

Extract a list of specific topics and their sources from unstructured text

Topics

Compare and analyze relevant papers that matches with your search

Papers

Get insights from PDFs and bookmarked papers from your library

My library

Recent searches

Try searching for:

Catch AI-generated content in scholarly and non-scholarly content

{ai} Detector

Ai Writer

Get PDF Summaries, highlighted text explanations 

Chat with PDF

Effortlessly create in-text citations and bibliographies in APA and 2,500 other formats

Citation generator

Get explanations, summaries, and answers on academic papers

Ease up your research workflow with {scispace}'s cohort of exciting AI tools

Elevate your academic writing skills and convey your ideas the way you want

Paraphraser

Explore our range of reading and writing tools

Your file is being prepared and should be ready in a few minutes. If it's a large file, it might take a bit longer. You can close this window, and we'll email you the file when it's done.

You have reached a maximum limit of <strong>{limit}</strong> columns in the table. Remove at least <strong>1</strong> column to add or create another one.

A. Kaneko

Author Tools

Chat about Author

Papers

Interlayer magnetic coupling in Fe/Cr multilayers