Einführung in die Breitband-FMR-Spektroskopie
Magnetische Dünnfilme bilden nicht nur das Rückgrat der grundlegenden Spintronik- und der Magnonik-Forschung, sondern sind auch Bestandteile aktueller und zukünftiger Technologien, die sich auf magnetische Speicher, Sensoren, Logikbauteile und Mikrowellensignalverarbeitung konzentrieren. Magnetische dünne Filme werden üblicherweise mit quasi-statischen Techniken, wie z.B. Magnetisierungs-Hystereseschleifenanalyse mittels vibrierender Probenmagnetometer, charakterisiert. Die Mikrowellenmagnetisierungsdynamik von Dünnfilmen ermöglicht die Bestimmung zusätzlicher Materialparameter, einschließlich des gyromagnetischen Verhältnisses (γ), der Dämpfung (α), der inhomogenen Verbreiterung (ΔHo), der Austauschsteifigkeit (A), etc., die nicht durch statische Messtechniken zugänglich sind.
Die ferromagnetische Resonanz- Spektroskopie (FMR) wird bereits seit den späten 1950er Jahren mit Hilfe von Mikrowellenhohlräumen vorzugsweise bei Massenproben durchgeführt. Jedoch werden solche Mikrowellenhohlräume oft nur auf eine einzige Resonanzfrequenz abgestimmt. Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat das Aufkommen der Breitband-FMR-Spektroskopie [1] unter Verwendung von Streifen- oder Koplanar-Wellenleitern Messungen ermöglicht, die kontinuierlich mehrere 10 GHz umfassen. Solche Breitbandmessungen ermöglichen signifikante Verbesserungen bei der genauen Extraktion der bereits genannten Materialparameter. Insbesondere sind Breitbandmessungen erforderlich, um die Frequenzabhängigkeit der Resonanzlinienbreite zu analysieren und zwischen intrinsischen und extrinsischen Beiträgen zur magnetischen Dämpfung zu unterscheiden.
Quantum Design hat einen Anwendungsbericht zu diesem Thema veröffentlicht, in dem zunächst die theoretischen und praktischen Grundlagen beschrieben werden, um dann ausführlich auf die zu messenden und zu bestimmenden Größen einzugehen. Im Rahmen der nächsten Ausgaben des Spectrums werden wir diese verschiedenen Punkte behandeln. Wer darauf nicht warten möchte, kann sich gerne bei uns melden, um bereits jetzt den kompletten Applikationsbericht zu erhalten.
[1] I. Maksymov and M. Kostylev, “Broadband stripline ferromagnetic resonance spectroscopy of ferromagnetic films, multilayers and nanostructures”, Physica E 69, 253 (2015).
