Bachelor-Projekt: Spannungsabhängigkeit

Bestimmung der Spannungsabhängigkeit des Spin-Transfer Torque in MgO-basierten magnetischen Tunnelkontakten

Ein spin-polarisierter elektrischer Strom, der durch einen Ferromagneten fließt, übt ein Drehmoment auf dessen Magnetisierung aus. Dieser „Spin-Torque“-Effekt erlaubt daher die gezielte Manipulation der Magnetisierung. In magnetischen Nanostrukturen kann dies einerseits zum Umschalten zwischen stabilen Magnetisierungszuständen oder andererseits zur Anregung einer stetigen Magnetisierungs-Präzession verwendet werden. Beide Effekte haben ein hohes technologisches Anwendungspotenzial als Schreibmechanismus in schnellen, nicht-flüchtigen magnetischen Speichern bzw. für den Betrieb durchstimmbarer Hochfrequenz-Nano-Oszillatoren. Aufgrund ihrer voraussichtlich guten Skalierbarkeit sind Spin-Torque basierte Bauteilkonzepte viel diskutierte Kandidaten für „Beyond Moore“ Technologien. Bauteile mit MgO-basierten Tunnelbarrieren sind hierbei von besonderem Interesse, jedoch sind grundlegende physikalische Fragestellungen noch unbeantwortet.

Insbesondere wurde durch aktuelle theoretische Modelle vorhergesagt, dass die Spannungsabhängigkeit sowie die Größe des Spin-Transfer Torque von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, wie der Symmetrie der Struktur, der jeweiligen Schichtdicken, der Größe der Austauschaufspaltung, der Art und Verteilung von Grenzflächendefekten und/oder der Energieabhängigkeit der Zustandsdichten. Teilweise wurden widersprüchliche experimentelle Ergebnisse berichtet, die auf unterschiedlichen Vorgehensweisen beruhen.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, erstmalig zwei Techniken direkt zu vergleichen, die für die Bestimmung der Spannungsabhängigkeit des Spin-Torques genutzt werden können, nämlich die Spin-Torque-ferromagnetische Resonanz und die thermisch angeregte ferromagnetische Resonanz. Beide Methoden beruhen auf Hochfrequenz-Magnetotransport-Messungen. Die Ergebnisse können mit anderen experimentellen Veröffentlichungen verglichen werden und bieten außerdem die Möglichkeit, theoretische Vorhersagen zu überprüfen.