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Johannes Seyd

• This work focuses on the investigation of thin films of the tetragonal L10-FePt phase and other L10 alloys as well as the amorphous ferrimagnet TbFe. L10-FePt is one of the most prominent materials for heat-assisted magnetic recording (HAMR) due to its high perpendicular magnetic anisotropy (PMA) and thus high coercivity HC, while TbFe can generate immensely high exchange bias fields. The investigations shown here cover the effect of heat treatment on Tb- and Gd-covered L10-FePt layers compared to layers without cover, inducing the L10 structure in mixed (FeCrMn)Pt alloys as well as CrPt thin films, and the magnetic interaction between two TbFe-layers of different composition. In the latter, double exchange bias and ultraslow magnetic relaxation effects were observed. The grain boundary diffusion effects of Tb in L10-FePt thin films via post-annealing heat treatment was investigated at different temperatures and for different annealing durations. While an increase in coercivity wasThis work focuses on the investigation of thin films of the tetragonal L10-FePt phase and other L10 alloys as well as the amorphous ferrimagnet TbFe. L10-FePt is one of the most prominent materials for heat-assisted magnetic recording (HAMR) due to its high perpendicular magnetic anisotropy (PMA) and thus high coercivity HC, while TbFe can generate immensely high exchange bias fields. The investigations shown here cover the effect of heat treatment on Tb- and Gd-covered L10-FePt layers compared to layers without cover, inducing the L10 structure in mixed (FeCrMn)Pt alloys as well as CrPt thin films, and the magnetic interaction between two TbFe-layers of different composition. In the latter, double exchange bias and ultraslow magnetic relaxation effects were observed. The grain boundary diffusion effects of Tb in L10-FePt thin films via post-annealing heat treatment was investigated at different temperatures and for different annealing durations. While an increase in coercivity was observed for a few samples, the role of Tb could not be ultimately identified. Instead, all the observed changes could be explained by the microstructure of the samples, where isolated grains have higher coercivity and large interconnected grains have lower coercivity. No increase of coercivity was observable in the samples with added Gd layer, but the microstructure once more was sufficient to explain this behaviour. In samples consisting of two TbFe layers, one Tb-dominated and one Fe-dominated, we observed a double exchange bias (DEB) behaviour at low temperatures after field cooling. This behaviour was investigated in dependence of the composition of the constituent layers, and we could show a strong sensitivity especially on the composition of the Fe-dominated layer. Since magnetic properties of the TbFe system depend heavily on the precise composition, we observed a large variation in the magnetic behaviour even for nominally very similar samples, including negative remanence values. For certain samples, we were able to observe an overcrossing of hysteresis branches in the first and third quadrants. We could show that this was caused by very slow magnetization dynamics, which were further investigated by magnetization relaxation measurements. It was shown that both lower magnetic fields and lower temperatures lead to slower relaxation, with the time for complete relaxation approaching two days and very likely going beyond. A simple phenomenological model is given to explain the observed behaviour, including how a 2-hour relaxation shows the same effect as a magnetic field that is 2.5 kOe higher. Lastly, we tried to induce the L10 structure in a mixed (FeCrMn)Pt and a CrPt thin film. For both films, a deviation of the stoichiometry impeded the formation of a L10 structure in favor of the cubic L12 structure. However, ordering in both films was quite high, so a good L10 structure could likely be induced in a similar manner with the correct film composition.…
• Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von dünnen Filmen der tetragonalen L10-FePt Phase und anderer L10 Legierungen sowie amorphem, ferrimagnetischem TbFe. L10-FePt ist eines der prominentesten Materialien für heat-assisted magnetic recording (HAMR) wegen seiner starken senkrechten magnetischen Anisotropie und damit verbundenen Koerzitivität, während TbFe immens hohe Austauschverschiebungsfelder generieren kann. Die hier gezeigten Untersuchungen umfassen den Effekt von Hitzebehandlung auf L10-FePt Schichten mit und ohne Deckschicht aus Tb oder Gd, das Induzieren der L10 Struktur in gemischten (FeCrMn)Pt Legierungen und CrPt Dünnschichten, sowie die magnetische Interaktion zwischen zwei TbFe Schichten unterschiedlicher Komposition. Letztere zeigten einen Doppelaustauschverschiebung und ultralangsame magnetische Relaxationseffekte. Der Effekt von Korngrenzendiffusion von Tb in L10-FePt Dünnfilmen per ex-situ Hitzebehandlung wurde bei verschiedenen Temperaturen undDer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von dünnen Filmen der tetragonalen L10-FePt Phase und anderer L10 Legierungen sowie amorphem, ferrimagnetischem TbFe. L10-FePt ist eines der prominentesten Materialien für heat-assisted magnetic recording (HAMR) wegen seiner starken senkrechten magnetischen Anisotropie und damit verbundenen Koerzitivität, während TbFe immens hohe Austauschverschiebungsfelder generieren kann. Die hier gezeigten Untersuchungen umfassen den Effekt von Hitzebehandlung auf L10-FePt Schichten mit und ohne Deckschicht aus Tb oder Gd, das Induzieren der L10 Struktur in gemischten (FeCrMn)Pt Legierungen und CrPt Dünnschichten, sowie die magnetische Interaktion zwischen zwei TbFe Schichten unterschiedlicher Komposition. Letztere zeigten einen Doppelaustauschverschiebung und ultralangsame magnetische Relaxationseffekte. Der Effekt von Korngrenzendiffusion von Tb in L10-FePt Dünnfilmen per ex-situ Hitzebehandlung wurde bei verschiedenen Temperaturen und Behandlungsdauern untersucht. Obwohl eine Erhöhung der Koerzivität bei einigen Proben zu beobachten war, konnte die Rolle von Tb hierbei nicht abschließend geklärt werden. Stattdessen konnten alle beobachteten Veränderungen über die Mikrostruktur erklärt werden, da isolierte Körner eine hohe und zusammengewachsene Körner eine niedrige Koerzivität aufweisen. In den Proben mit zusätzlicher Gd-Schicht konnte keine Erhöhung der Koerzivität beobachtet werden, doch auch hier war eine Erklärung über die Mikrostruktur ausreichend. In den Doppelschichtproben, die aus einer Tb-dominierten und einer Fe-dominierten TbFe-Schicht bestanden, konnten wir bei niedriger Temperatur nach Abkühlen im magnetischen Feld eine Doppelaustauschverschiebung beobachten. Dieses Verhalten wurde in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der verschiedenen enthaltenen Schichten untersucht, wobei wir eine starke Abhängigkeit insbesondere von Komposition der Fe-dominierten Schicht nachweisen konnten. Da die magnetischen Eigenschaften stark von der präzisen Zusammensetzung abhängen, konnten große Unterschiede, wie zum Beispiel das Auftreten negativer Remanenzwerte, selbst zwischen nominell sehr ähnlichen Proben festgestellt werden. Für bestimmte Proben konnten wir ein Überkreuzen der Hysteresearme im ersten und dritten Quadranten beobachten. Wir konnten zeigen, dass dies ein Effekt von sehr langsamen Magnetisierungsdynamiken ist, die wir mit magnetischen Relaxationsmessungen weiter untersucht haben. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die zur Relaxation benötigte Zeit mit niedrigeren Feldern und niedrigerer Temperatur stark ansteigt, bis hin zu mehreren Tagen. Die Vorstellung eines einfachen phänomenologischen Modells erklärt dann das beobachtete Verhalten, wie zum Beispiel die äquivalenten Auswirkungen einer zweistündigen Wartezeit und eines um 2,5 kOe höheren magnetischen Feldes. Zuletzt wurde versucht, die L10 Struktur in gemischten (FeCrMn)Pt und CrPt Dünnschichten zu induzieren. In beiden Filmen verhinderte eine Abweichung der Stöchiometrie die Entstehung der L10 Struktur zugunsten der kubischen L12 Struktur. Jedoch war die Ordnung der beiden Filme trotzdem sehr gut, weshalb auf gleiche Weise in Filmen mit korrekter Zusammensetzung vermutlich eine gute L10 Struktur erzeugt werden könnte.…