Ultraschnelles Vortexkernschalten (PDF)

Der magnetische Vortex ist der einfachste, nicht-triviale Grundzustand in ferromagnetischen Mikro- und Nanostrukturen, was ihn zu einem interessanten Studienobjekt für grundlagenphysikalische Untersuchungen macht. Zusätzlich wird der Vortex neben möglichen Spintronikanwendungen auch im Kontext magnetischer Speichermedien diskutiert, seit experimentell gezeigt wurde, dass seine Kernpolarität durch magnetische Hochfrequenzfelder umgeschaltet werden kann. In dieser Arbeit wird eine Möglichkeit entwickelt, die Polarität des Vortexkerns mit sub-100 ps magnetischen Pulsen kontrolliert zu schalten, was ein Schreiben des Zustandes mit deutlich höheren Taktraten ermöglichen würde als dies in aktuellen Computern üblich ist. Der Umschaltvorgang wird experimentell mit Hilfe zeitaufgelöster Röntgenmikroskopie abgebildet und durch mikromagnetische Simulationen weiter untersucht. Hierbei werden vor allem die Rolle magnetostatischer Spinwellen und der Einfluss von bisher nicht berücksichtigten höheren Gyromoden diskutiert. In diesem Zusammenhang werden die dynamischen Eigenmoden mit Hilfe von dreidimensionalen mikromagnetischen Simulationen untersucht und wesentliche Unterschiede gegenüber den bisher üblichen zweidimensionalen Betrachtungen vorgestellt. Schließlich wird eine Technik entwickelt, um mit Hilfe magnetischer Tunnelelemente die Vortexkernpolarität elektrisch auszulesen und Vortexdynamik im Labor zu betreiben.