Herstellung magnetischer Multilagen mit gepulster Laserablation - Charakterisierung durch elektrischen Transport

Abstract

In dieser Arbeit wurden magnetische Multilagen - bestehend aus ferromagnetischen Kobaltschichten und nichtferromagnetischen Kupferschichten - mit der Methode der gepulsten Laserablation (PLD) hergestellt. Bei der PLD kommen schnelle Atome/Ionen zur Deposition. Ihre kinetische Energie liegt bei ca. 100 eV. Simulationen zeigen, dass es dadurch zu Implantation und Durchmischung im wachsenden Film kommt. Der experimentelle Nachweis dieser Größen gelang an (5 nm Kobalt/ 5 nm Kupfer) Multilagen, bei denen während der Deposition der Widerstand gemessen wurde. An den Grenzflächen kommt es zu drastischen Widerstandänderungen, die mit den rechnerisch ermittelten Implantationstiefen bzw. Durchmischungsprofilen korrelieren. Erstmals konnte gezeigt werden, dass sich bei Reduktion der Energie des Laserpulses die Effekte an den Grenzflächen abschwächen. Die Durchmischung kann so gezielt erniedrigt werden. Die für die PLD typischen makroskopischen Partikel ('Droplets') sind - durch geeignete Maßnahmen - in Anzahl und Menge vernachlässigbar. Dadurch ist es möglich, das Magnetisierungsverhalten der Filme zu bestimmen. Die Teilschichtdicken der Vielfachschichten wurden systematisch reduziert, um so den resultierenden Durchmischungsgrad zu beobachten. Es ergeben sich zunehmend granulare Einschlüsse von Kobalt in der Kupfermatrix. Sie liefern ein superparamagnetisches Signal, dessen genaue Auswertung Rückschlüsse auf die Größe der Co-Cluster von 0,5 nm bis 2,4 nm Radius liefern. Der Magnetowiderstand DeltaR/R dieser granularen Filme fällt bis 5 Tesla um 4,3 %. Dies ist typisch für den sog. Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR). Erstmals konnte der Nachweis erbracht werden, dass sich die PLD auch zur Herstellung von magnetoelektrischen GMR Systemen im sog. Spinvalve Aufbau eignet. Proben vom Aufbau CoO/Co(7 nm)/Cu(6 nm)/Co(7 nm) liefern DeltaR/R von 3,2 %. Wird die Durchmischung der Grenzfläche reduziert, so lässt sich der Effekt auf 4,7 % steigern.