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Birgit Hebler

• Die vorliegende Arbeit behandelt die magnetische und strukturelle Untersuchung von Einzelschichtsystemen und Heterostrukturen bestehend aus ferri- und ferromagnetischen Dünnfilmschichten. Im ersten Teil wurden neben binären, zusätzlich ternäre Ferrimagnete bestehend aus den 3d-Übergangsmetallen Eisen (Fe) und Kobalt (Co) und dem schweren 4f-Seltenerdmetall Terbium (Tb) in einem spezifischen Zusammensetzungsbereich hergestellt. In diesem weisen alle Schichten eine senkrecht zur Filmebene ausgerichtete uniaxiale Anisotropieachse und eine amorphe Struktur auf. Die magnetischen Eigenschaften (Magnetisierung, Koerzitivfeldstärke, uniaxiale Anisotropie) wurden in Abhängigkeit von Temperatur, Zusammensetzung und Schichtdicke auf planaren und partiell auf gekrümmten Substraten analysiert. Aus dieser Untersuchung konnte der Einfluss der unterschiedlichen Kopplungsstärken von Co und Fe auf das Schaltverhalten der Legierungen gezeigt werden. Ebenfalls konnte in vereinzelten Tb-dominantenDie vorliegende Arbeit behandelt die magnetische und strukturelle Untersuchung von Einzelschichtsystemen und Heterostrukturen bestehend aus ferri- und ferromagnetischen Dünnfilmschichten. Im ersten Teil wurden neben binären, zusätzlich ternäre Ferrimagnete bestehend aus den 3d-Übergangsmetallen Eisen (Fe) und Kobalt (Co) und dem schweren 4f-Seltenerdmetall Terbium (Tb) in einem spezifischen Zusammensetzungsbereich hergestellt. In diesem weisen alle Schichten eine senkrecht zur Filmebene ausgerichtete uniaxiale Anisotropieachse und eine amorphe Struktur auf. Die magnetischen Eigenschaften (Magnetisierung, Koerzitivfeldstärke, uniaxiale Anisotropie) wurden in Abhängigkeit von Temperatur, Zusammensetzung und Schichtdicke auf planaren und partiell auf gekrümmten Substraten analysiert. Aus dieser Untersuchung konnte der Einfluss der unterschiedlichen Kopplungsstärken von Co und Fe auf das Schaltverhalten der Legierungen gezeigt werden. Ebenfalls konnte in vereinzelten Tb-dominanten TbFe-Legierungen zusätzliche Satellitenhysteresen bei hohen externen Feldern nachgewiesen werden. Lokale Inhomogenitäten der Zusammensetzung in den amorphen Schichten wurden als Ursache identifiziert. Im nächsten Abschnitt wurden gekoppelte Heterostrukturen bestehend aus ausgewählten TbCoFe-Legierungen mit einer konstanten Schichtdicke (20 nm) und ferromagnetischen [Co/Pt]–Multilagen in Hinblick auf den sogenannten Exchange-Bias Effekt untersucht. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Ferrimagneten und der Temperatur wurden die Austauschfelder des Ferromagneten bestimmt. Dessen magnetische Eigenschaften und der Schicht-Aufbau wurden hierbei nicht verändert. Es konnte eine Abhängigkeit der aufgenommenen Austauschfelder vom Co/Fe Verhältnis, sowie vom gewählten Tb-Anteil aufgezeigt werden. Zusätzliche XMCD-Analysen ermöglichten die Bestimmung der Ausdehnung der ausgebildeten Domänenwand im Ferrimagneten. Anschließend wurden zusätzlich die ferromagnetischen [Co/Pt]n-Multilagen systematisch in den magnetischen Eigenschaften variiert. Neben der Co-Einzelschichtdicke wurde die Wiederholungszahl n variiert. Als ferrimagnetischer Kopplungspartner wurden exemplarisch jeweils eine Tb- und 3d-dominante binäre TbFe- und TbCo-Legierung (20 nm) gewählt. Temperaturabhängig wurden die Kopplungseigenschaften (Schaltverhalten, Austauschfelder) aller kombinierter Heterostrukturen analysiert. Neben der verschobenen Hysteresen des Ferromagneten konnten die des Ferrimagneten aufgezeigt werden. In Heterostrukturen mit Co-basierten Ferrimagneten zeigte sich eine Systematik der Austauschfelder in Abhängigkeit von den magnetischen Eigenschaften des Ferromagneten, im Gegensatz zu Heterostrukturen mit Fe-basierten Ferrimagneten. Dieser Unterschied wird in einer starken Abhängigkeit der Kopplungsstärke an der Grenzfläche von den Abständen der Fe-Fe Paare nach der Durchmischung während des Wachtumsprozesses begründet. Im vierten Abschnitt wurde ein auf Fe-basiertes ferromagnetisches FePtCu-System als Kopplungspartner gewählt. Hierbei sollte der Kopplungsmechanismus basierend auf einer reinen Fe-Fe Wechselwirkung an der Grenzfläche analysiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass bei diesen Systemen die Wechselwirkung der Einzelschichten so schwach ist, dass keine Verschiebung einer magnetischen Hysterese entlang der Feldachse resultiert. Erst bei zusätzlicher Co-Zufuhr in die ferrimagnetische Schicht, konnte der Exchange-Bias Effekt mit hohen Austauschfeldern nachgewiesen werden. Zuletzt wurde eine Bilage bestehend aus zwei rein Fe-basierten Ferrimagneten unterschiedlicher Zusammensetzung (Tb36Fe64/Tb19Fe81) und variierender Einzelschichtdicke, jedoch gleichbleibender Gesamtschichtdicke von 20 nm, analysiert. Abhängig vom gewählten Schichtdickenverhältnis und der Temperatur konnte die gleichzeitig in positive und negative Feldrichtung auftretende Verschiebung von Hysteresen mit unterschiedlicher Form und unterschiedlich hohen Austauschfeldern unterhalb von 200 K beobachtet werden. Ein über den Kühlprozess und der Durchmischung hervorgerufener hartmagnetischer Bereich an der Grenzfläche ist als Ursache für diesen Effekt zu sehen.…