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Prof. Dr. Olav Hellwig
Magnetic Functional Materials
o.hellwigAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2461

Forschung und Projekte zu Magnetischen Funktionsmaterialien

Gruppenleiter: Prof. Dr. Olav Hellwig


Aktuelles:

"TU Chemnitz und HZDR gewinnen Speichertechnologie-Experten aus dem Silicon Valley"

Pressebericht des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf | Pressebericht der TU Chemnitz


Mitarbeiter:


Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von magnetischen Funktionsmaterialien vor allem in der Form von Dünnschichtsystemen. Hierbei spielt insbesondere die Kontrolle über die vertikale Lagenstruktur zur Funktionalisierung der Systeme eine entscheidenede Rolle. Das Ziel ist es dann Schalt- und Schreibprozesse in optimierten Systemen gezielt über magnetische Felder, Licht, Wärme, Mikrowellen, spin-polarisierte Ströme, oder andere Wechselwirkungen zu steuern.

Auch die laterale Struktur der Filme kann funktionalisiert werden mittels Lithographiemethoden oder Ionenbestrahlung, z.B. zur Herstellung von isolierten Bitstrukturen oder magnetischen Infrastrukturen zum Datentransport und zur Datenverarbeitung. Die Herstellung vieler magnetisch identischer Nanostrukturen (Körner, Speicherzellen) mit identischen magnetischen Eigenschaften ist sowohl für die Herstellung von Festplattenspeichermedien als auch MRAM Zellen eine große Herausforderung. Die Kombination und Optimierung von vertikal funktionalen Schichtstrukturen und selbst organisierten lateralen Korn- oder Zellenstrukturen ist ein Thema, daß im Mittelpunkt unserer Aktivitäten steht.

Das Wechselspiel zwischen Design und Herstellung solcher komplexen Schichtsysteme mittels Sputter-Deposition und deren Charakterisierung mit Standard-Labormethoden, aber auch mit Synchrotronmethoden, die neben Elementsensitivität auch hohe Orts und Zeitauflösung bieten, ermöglichen es uns schnell neue Ideen zu testen und weiter zu entwickeln. Die weitere Infrastruktur in der Abteilung Magnetismus und Ionenstrahlen eröffnet unserer Arbeitsgruppe viele Kollaborationsmöglichkeiten zur gezielten Modifikation magnetischer Materialien und zur Erforschung ihrer Magnetisierungsdynamik.


Projektthemen


Themenbereiche für Bachelor-, Master-, und Promotionsarbeiten

  • Projekte zur Charakterisierung und Modifikation synthetisch geschichteter Antiferromagneten mit senkrechter Anisotropie
    • Magnetische Rasterkraftmikroskopiestudien von Ummagnetisierungsprozessen
    • Magnetowiderstandsstudien
    • Ionenbestrahlungsstudien zur Modifikation (makroskopisch und mikroskopisch)
    • Dynamische Dämpfungsstudien mit ferromagnetischer Resonanz (FMR) und Brillouin Light Scattering (BLS) (in Kollaborations mit anderen HZDR Magnetismus Gruppen)
  • Herstellung und Charakterisierung neuer synthetisch geschichteter Antiferromagneten mit senkrechter Anisotropie
    • Co/Ni Multilagen, Co/Oxid Multilagen
    • Neue Materialien zur Optimierung der RKKY Kopplung
  • Integration und Kopplung senkrechter synthetisch geschichteter Antiferromagneten mit anderen Systemen zur gezielten Integration in neuartige heterogene Infrastrukturen
  • Themen im Bereich "Bit Patterned Media (BPM)":
    • Reduzierung der intrinsischen Schaltfeldverteilung durch Kombination von Schichten unterschiedlichen Anisotropieursprungs (laminated media)
    • Optimierungsmöglichkeiten durch nachträgliche Heizprozesse
    • Neuartige Strukturierungsmethoden: Ionenbestrahlung kombiniert mit nachträglichen Heizprozesse
  • Themen im Bereich "Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) Media":
    • Optimierung von "HAMR" Medien mit Kornperioden unter 7 nm
    • Kohärentes lagenübergreifendes Kornwachstum bei hohen Temperaturen
    • Wachstum hochqualitativer "HAMR" Medien auf MgO Einkristallen und SiN Membranen

Aktuelle Lehrveranstaltungen an der TU Chemnitz:

WS 2016/2017


Ausgewählte Publikationen:

    • Bit Patterned Magnetic Recording: Theory, Media Fabrication, and Recording Performance
      Thomas R. ALBRECHT, Hitesh ARORA, Vipin AYANOOR-VITIKKATE, Jean-Marc BEAUJOUR, Daniel BEDAU, David BERMAN, Alexei L. BOGDANOV, Yves-Andre CHAPUIS, Julia CUSHEN, Elizabeth E. DOBISZ, Gregory DOERK, He GAO, Michael GROBIS, Bruce GURNEY, Fellow, IEEE, Weldon HANSON, Olav HELLWIG, Toshiki HIRANO, Jeffrey LILLE, Pierre-Olivier JUBERT, Dan KERCHER, Zuwei LIU, C. Mathew MATE, Iouri OBOUKHOV, Kanaiyalal C. PATEL, Kurt RUBIN, Ricardo RUIZ, Manfred SCHABES, Lei WAN, Dieter WELLER, Tsai-Wei WU, and En YANG
      IEEE Trans. Magn. 51 (2015) 0800342.
    • Bit Patterned Media Optimization at 1 Tdot/in2 by Post-Annealinge
      Olav Hellwig, Ernesto E. Mariners, Dan Kescher, Tyler Hennen, Andrew McCallum, Elizabeth Dobisz, Tsai-Wei Wu, Jeff Lille, Toshiki Hirano, Ricardo Ruiz, Michael K. Grobis, Dieter Weller and Thomas R. Albrecht
      J. Appl. Phys. 116 (2014) 123913.
    • Magnetic design evolution in perpendicular magnetic recording media as revealed by resonant small angle x-ray scattering
      Tianhan Wang, Virat Mehta, Yoshihiro Ikeda, Hoa Do, Kentaro Takano, Sylvia Florez, Bruce D. Terris, Benny Wu, Catherine Graves, Michael Shu, Ramon Rick, Andreas Scherz, Joachim Stohr, and Olav Hellwig
      Appl. Phys. Lett. 103 (2013) 112403.
    • Influence of structural disorder on magnetic domain formation in perpendicular anisotropy thin films
      M. S. Pierce, J. E. Davies, J. J. Turner, K. Chesnel, E. E. Fullerton, J. Nam, R. Hailstone, S. D. Kevan, J. B. Kortright, Kai Liu, L. B. Sorensen, B. R. York, and O. Hellwig
      Phys. Rev. B 87 (2013) 184428.
    • Modifications of magnetic anisotropy and magnetization reversal in [Co0.4nm/Pd0.7nm]50 multilayers induced by 10 keV-He ion bombardment
      Arno Ehresmann, Olav Hellwig, Oliver Buhl, Nicolas David Müglich, Tanja Weis, and Dieter Engel
      J. Appl. Phys. 112 (2012) 063901.
    • Origin of magnetic switching field distribution in bit patterned media based on pre-patterned substrates
      B. Pfau, C. M. Günther, E. Guehrs, T. Hauet, E. Dobisz, D. Kercher, H. Yang, L. Vinh, X. Xu, D. Yaney, R. L. Rick, S. Eisebitt, and O. Hellwig
      Appl. Phys. Lett. 99 (2011) 062502.
    • L10 FePt Based Exchange Coupled Composite Bit Patterned Films
      A. T. McCallum, P. Krone, F. Springer, C. Brombacher, M. Albrecht, E. Dobisz, M. Grobis, D. Weller and O. Hellwig
      Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 242503.
    • Influence of ion irradiation on switching field and switching field distribution in arrays of Co/Pd-based bit pattern media
      T. Hauet, O. Hellwig, S.-H. Park, C. Beigné, B. D. Terris, and D. Ravelosona
      Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 172506.
    • Magnetic recording at 1.5 Pb/m2 using an integrated plasmonic antenna
      B. C. Stipe, T. Strand, C. Poon, H. Balamane, T. Boone, J. Katine, J-L Li, V. Rawat, H. Nemoto, A. Hirotsune, O. Hellwig, R. Ruiz, E. Dobisz, N. Robertson, T. Albrecht, and B. D. Terris
      Nature Photonics 4, (2010) 484 – 488.
    • Bit patterned media based on e-beam directed assembly with narrow magnetic switching field distribution
      O. Hellwig, J. K. Bosworth, E. Dobisz, D. Kercher T. Hauet, G. Zeltzer, J. D. Risner-Jamtgaard, D. Yaney, and R. Ruiz
      Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 052511.
    • Role of reversal incoherency in reducing switching field and switching field distribution of exchange coupled composite bit pattern media
      T. Hauet, E. Dobisz, S. Florez, J. Park, B. Lengsfield, B.D. Terris and O. Hellwig
      Appl. Phys. Lett. 95 (2009) 262504.
    • Reversal mechanisms in perpendicularly magnetized nanostructures
      Justin M. Shaw, Stephen E. Russek, Thomas Thomson, Michael J. Donahue, Bruce D. Terris, Olav Hellwig, Elizabeth Dobisz and Michael L. Schneider
      Phys. Rev. B 78, 024414 (2008).
    • Engineering  a magnetic system with antiferromagnetic-to-ferromagnetic phase transition based on Co/Pd multilayers
      Jan-Ulrich Thiele, Thomas Hauet and Olav Hellwig
      Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 242502.
    • Direct observation of field and temperature induced domain replication in dipolar coupled perpendicular anisotropy films
      T. Hauet, C. Günther, B. Pfau, M. Schabes, S. Eisebitt, P. Fischer, R.L. Rick and O. Hellwig
      Phys. Rev. B 77 (2008) 184421.
    • Magnetization Reversal of Co/Pt Multilayers: Linking Macroscopic and Microscopic Level
      J. E. Davies, O. Hellwig, E. E. Fullerton, G. Denbeaux, J. B. Kortright and K. Liu
      Phys. Rev. B 70 (2004) 224434.
    • Lensless Imaging of Magnetic Nanostructures by X-ray Spectro-Holography
      S. Eisebitt, J. Lüning, W. F. Schlotter, M. Lörgen, O. Hellwig, W. Eberhardt and J. Stöhr
      Nature, 432 (2004) 885.
    • Direct Imaging and Determination of the Uncompensated Spin Density in Exchange-Biased (Co/Pt)CoO Multilayers
      P. Kappenberger, S. Martin, Y. Pellmont, H. J. Hug, J. B. Kortright, O. Hellwig and E. E. Fullerton
      Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 267202.
    • Tuning the Reversal of Antiferromagnetically Coupled Perpendicularly Magnetized Thin Films
      O. Hellwig, T. L. Kirk, J. B. Kortright, A. Berger, and E. E. Fullerton
      Nature Materials 2 (2003) 112.
    • Quasielastic X-ray Speckle Metrology of Microscopic Magnetic Memory
      M. Pierce, R. G. Moore, L. Sorensen, S. D. Kevan, J. B. Kortright, O. Hellwig and E. E. Fullerton
      Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 175502.

Vollständige Publikationsliste


Ausgewählte Patente:

    • ANNEALING TREATMENT FOR ION-IMPLANTED PATTERNED MEDIA
      Hellwig; Olav, Rubin; Kurt A.; Zhu; Qing
      Patent-Nr.: US 9,384,773
      Datum: 05.07.2016
    • ALL-OPTICAL MAGNETIC RECORDING SYSTEM USING FeMnPt MEDIA
      Hellwig; Olav, Mosendz; Oleksandr, Weller; Dieter K.
      Patent-Nr.: US 9,280,996
      Datum: 08.03.2016
    • METHOD FOR IMPROVING A PATTERNED PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING DISK WITH ANNEALING
      Grobis; Michael Konrad, Hellwig; Olav, Marinero; Ernesto E., McCallum; Andrew Thomas, Weller; Dieter K.
      Patent-Nr.: US 9,147,423
      Datum: 29.09.2015
    • THREE-DIMENSIONAL MAGNETIC MEMORY WITH MULTI-LAYER DATA STORAGE LAYERS
      Hellwig; Olav, Terris; Bruce D., Thiele; Jan-Ulrich
      Patent-Nr.: US 8,911,888 B2
      Datum: 16.12.2014
    • Fabricating magnetic recording media on patterned seed layers
      Dobisz; Elizabeth, Margulies; David, Hellwig; Olav, Wu; Xiao Z.
      Patent-Nr.: US 8,546,001 B2
      Datum: 01.10.2013
    • Joint Design of Thermally-Assisted Magnetic Recording Head and Patterned Media for High Optical Efficiency
      Hellwig; Olav, Stipe; Barry C.
      Patent-Nr.: US 8,031,561 B2
      Datum: 04.10.2011
    • PATTERNED MULTILEVEL PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING MEDIA
      Manfred Albrecht, Olav Hellwig, Guohan Hu, Bruce D. Terris
      Patent-Nr.: US 6,947,235 B2
      Datum: 20.09.2005

Vollständige Patentliste