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Ferromagnetische Resonanzspektroskopie (FMR)

PhaseFMR, CryoFMR und ST-FMR von NanOsc

Die Breitband-Ferromagnetresonanz-Spektrometer (FMR) von NanOsc Instruments bieten Komplettsysteme zur Untersuchung der Magnetisierungsdynamik in magnetischen Dünnschichten. Breitband-FMR-Messungen über einen großen Frequenzbereich ermöglichen die präzise Bestimmung von Materialparametern, die mit statischen Messmethoden allein nicht zugänglich sind.

Das Portfolio umfasst PhaseFMR für Messungen bei Raumtemperatur, CryoFMR für temperatur- und feldabhängige Messungen mit den Quantum Design Systemen DynaCool® und VersaLab® sowie ST-FMR für weiterführende Spintransportmessungen. Eine Cryo-ST-FMR-Konfiguration kombiniert die Möglichkeiten von ST-FMR mit Messungen bei variabler Temperatur und hohen Magnetfeldern.

Eigenschaften

Schlüsselfertiges FMR-Spektrometer mit einfach zu bedienender Softwareoberfläche
Breitband-FMR mit koplanarem Wellenleiter
Bestimmung von effektiver Magnetisierung (M_eff), Anisotropie (K), gyromagnetischem Verhältnis (γ), Dämpfung (α) und inhomogener Linienverbreiterung (ΔH₀)
Bestimmung der Austauschsteifigkeit (A) und des inversen Spin-Hall-Effekts (ISHE)
ST-FMR ermöglicht zusätzlich die Bestimmung des Spin-Hall-Winkels (SHA) sowie der Damping-like- und Field-like-Torque-Effizienzen (DLTE und FLTE)
CryoFMR-Konfigurationen ermöglichen temperatur- und magnetfeldabhängige FMR-Messungen mit DynaCool® und VersaLab®

Weitere Informationen

Breitband-FMR-Spektroskopie

Die Breitband-Ferromagnetresonanz-Spektroskopie untersucht die Magnetisierungsdynamik magnetischer Materialien im Mikrowellenbereich. Die Probe wird auf einem koplanaren Wellenleiter (CPW) positioniert, in dem ein hochfrequentes Magnetfeld die Magnetisierung anregt. Durch Variation des äußeren Magnetfelds bei einer festen Mikrowellenfrequenz lässt sich die Resonanzantwort der Probe messen.

Werden diese Messungen über einen großen Frequenzbereich wiederholt, können Resonanzfeld und Linienbreite als Funktion der Frequenz ausgewertet werden. Dadurch lassen sich Parameter wie effektive Magnetisierung, Anisotropie, gyromagnetisches Verhältnis, Dämpfung und inhomogene Linienverbreiterung bestimmen.

Breitband-FMR eignet sich besonders für die Untersuchung magnetischer Dünnschichten in der grundlegenden Spintronik- und Magnonikforschung sowie für magnetische Speicher, Sensoren, Logikbauelemente und Materialien für die Mikrowellensignalverarbeitung.

PhaseFMR

PhaseFMR ermöglicht Breitband-FMR-Messungen bei Raumtemperatur.

Je nach Konfiguration deckt PhaseFMR Frequenzbereiche von 2–8 GHz bis 2–60 GHz ab.

CryoFMR

CryoFMR erweitert Breitband-FMR-Messungen auf variable Temperaturen und hohe Magnetfelder. Die CryoFMR-Sonde ist für die Integration in Quantum Design DynaCool®- und VersaLab®-Messplattformen ausgelegt und umfasst spezielle koplanare Wellenleiter für Messungen mit Magnetfeldern in der Probenebene und senkrecht dazu.

Mit DynaCool® können Messungen von 5 K bis 400 K und – abhängig vom verwendeten System – bei Magnetfeldern von ±9, ±12 oder ±14 T durchgeführt werden. VersaLab® bietet einen Temperaturbereich von 55 K bis 400 K und Magnetfelder bis ±3 T.

Die minimal erreichbare Temperatur hängt von der Modulationsamplitude und der HF-Frequenz ab. Die 60-GHz-CryoFMR-Konfiguration ist ausschließlich mit PPMS® DynaCool® verfügbar.

ST-FMR

ST-FMR erweitert die NanOsc-FMR-Plattform um Messungen zur Bestimmung des Spin-Hall-Winkels (SHA) sowie der Damping-like- und Field-like-Torque-Effizienzen (DLTE und FLTE).

ST-FMR-Konfigurationen für Raumtemperatur sind mit Frequenzbereichen von 2–20 GHz und 2–40 GHz erhältlich. Die Cryo-ST-FMR-Konfiguration bietet dieselben Frequenzbereiche für Messungen mit DynaCool® und VersaLab®.

Spezifikationen

Modell	Frequenzbereich	Temperaturbereich	Magnetfeld
PhaseFMR	2–8, 2–20, 2–40, 2–60 GHz	Raumtemperatur	Vom Anwender bereitgestelltes spannungssteuerbares Netzteil / Elektromagnet
ST-FMR	2–20, 2–40 GHz	Raumtemperatur	Vom Anwender bereitgestelltes spannungssteuerbares Netzteil / Elektromagnet
CryoFMR	2–8, 2–20, 2–40, 2–60^** GHz	5^–400 K mit DynaCool® 55^–400 K mit VersaLab®	±9, ±12 oder ±14 T mit DynaCool® ±3 T mit VersaLab®
Cryo ST-FMR	2–20, 2–40 GHz	5^–400 K mit DynaCool® 55^–400 K mit VersaLab®	±9, ±12 oder ±14 T mit DynaCool® ±3 T mit VersaLab®

^* Die minimal erreichbare Temperatur hängt von der Modulationsamplitude und der HF-Frequenz ab.
^** 60 GHz nur mit PPMS® DynaCool®.

Anwendungen

FMR-Messungen an ultradünnen magnetischen Schichten

Breitband-FMR kann zur Charakterisierung sehr dünner magnetischer Schichten eingesetzt werden. Das folgende Beispiel zeigt eine FMR-Messung an einer 2 nm dicken Co₄₀Fe₄₀B₂₀-Schicht sowie die anschließende Auswertung von Resonanzfeld und Linienbreite in Abhängigkeit von der Frequenz.

Mit diesen Messungen lassen sich magnetische Parameter wie Dämpfung, inhomogene Linienverbreiterung und effektive Magnetisierung bestimmen.

Temperaturabhängige FMR-Messungen

CryoFMR ermöglicht Breitband-FMR-Messungen über einen großen Temperaturbereich und damit die Untersuchung temperaturabhängiger Veränderungen der Magnetisierungsdynamik.

Die temperaturabhängige Bestimmung von Parametern wie Dämpfung, effektiver Magnetisierung und inhomogener Linienverbreiterung liefert Einblicke in die magnetischen Eigenschaften und die Dynamik von Dünnschichtmaterialien.