Einstellung der magnetischen Eigenschaften von Dünnfilmsystemen durch kontrollierte Wechselwirkungen mit periodischen Nanostrukturen

Derzeit bestehen die meisten magnetischen Datenspeicher aus so genannten senkrechten Speichermedien, d.h. die Magnetisierung des Mediums liegt senkrecht zur Filmebene. Hierbei besteht das Speichermedium aus einem granularen CoCrPt-SiO₂ Film, der aus stark austauschentkoppelten magnetischen Körnern aufgebaut ist. Um ein ausreichend gutes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen, muss auf Grund der vorliegenden Korngrößenverteilung die gespeicherte Informationseinheit (Bit) eine Vielzahl von Körner umfassen, welche einheitlich in zwei mögliche Richtungen magnetisiert werden können.

Eine Erhöhung der Speicherdichte geht traditionell einher mit der Reduzierung aller beteiligten Strukturparameter. Diese Skalierung bedeutet eine Reduzierung der Korngröße, welche eine Verbesserung des SNR zur Folge hat. Allerdings führt eine Verkleinerung des Kornvolumens zu einem prinzipiellen Problem, dem „superparamagnetischen Effekt“: Die Reduzierung des Kornvolumens führt zu einer Abnahme der magnetischen Anisotropie-Energie und als Folge davon kommt es zu thermisch angeregten Ummagnetisierungsprozessen und damit zu einem Verlust der Dateninformation.

Um das superparamagnetische Limit zu umgehen, beschäftigen wir uns mit der Herstellung und der Charakterisierung eines alternativen magnetischen Speichermediums, welches die Domänenstruktur eines kontinuierlichen, (hart)magnetischen Films an Pinning-Zentren festhält. Diese Art des Speicherns wird „percolated media“ genannt. Anders als bei den heute kommerziell eingesetzten granularen Speichermedien wird hier eine periodische Nanostrukturierung benutzt, um einzelne magnetische Domänen auf der Nanoskala zu manipulieren. Dazu setzen wir verschiedene Techniken der Nanostrukturierung, wie zum Beispiel die homogene Größenreduzierung selbstorganisierten Polystyrol (PS) Kolloide ein, welche große Variabilität in Größe und Abstand der Strukturen zulässt. Nach der Deposition magnetischer Filme mit maßgeschneiderten Eigenschaften untersuchen wir das Ummagnetisierungsverhalten sowohl mit integralen Magnetometrietechniken als auch mit mikroskopischen Methoden wie die magnetische Kraftmikroskopie (MFM) und die synchrotronbasierte Rastertransmissionsröntgenmikroskopie (STXM), die das magnetische Pinning mit einer Auflösung besser als 30 nm elementspezifisch sichtbar machen.