Maciej Czapkiewicz. Magnetic domain imaging

Transkrypt

1 Maciej Czapkiewicz Magnetic domain imaging

2 Phase diagram of the domain walls

3 Kerr geometry

4 MOKE (Kerr) Magnetometer

5 MOKE signal hysteresis loops [Pt/ Co] 3 [Pt/Co] 3 /Pt(0.1 nm)/irmn Rotation [min] 0 Rotation[min] Field [mt] 10 Hz 1 Hz 0.1 Hz 0.01 Hz Hz 1 Hz 0.1 Hz 0.01 Hz Field [mt]

6 analiser teleobjective Kerr microscope beem splitter polariser condensor worm reflector blind camera laser elektromagnet Hall sond sample microscope objective Hg lamp

7 Real time image processing hardware Monitor 1 PCI 132 MB/s PCI Interface card 8 bit framegraber CCIR camera 16-bits digital camera Mirror Analyzer Graphic card (dualhead) AGP 528 MB/s Chip Set 1 GB/s System memory Objective Monitor 2 1GB/s Pentium III procesor Magnet Sample Polarizer PC-configuration Kerr microscope

8 Kerr microscope key parameters Kerr rotation sensitivity: 0.1 minute Time resolution: 25 fps (50 hfps) Spatial resolution: 1um (768x576 pixel) Magnetic field: planar/perpendicular 100mT Laser: λ = 780nm, 40mW, 1us pulse length λ = 830nm, 130mW, 100ns pulse length

9 Image processing

10 Odejmowanie tła w czasie rzeczywistym Obrazy przed odejmowaniem tła. Obrazy po odejmowaniu tła.

11 Rozciąganie histogramu Obraz struktury domenowej obserwowany przy słabym natężeniu światła. Po prawej obraz przed rozciąganiem histogramu, Po lewej stronie obraz po rozciąganiu histogramu w czasie rzeczywistym, Na dole liczony na bieżąco histogram obrazu.

12 Warstwy żelaza o grubości 30 nm Kierunek łatwy. Widoczna struktura dwu-domenowa.

13 Warstwy żelaza o grubości 30 nm Kierunek bliski łatwemu. Widoczne zjawisko blokowania domen.

14 Warstwy żelaza o grubości 30 nm Kierunek bliski trudnemu. Widoczna struktura zmarszczkowa (ripples)

15 Struktura domenowa cienkich warstw na rdzenie i ekrany magnetyczne głowic twardych dysków. Układ wielowarstwowy [(Fe97Al3)85N15/Al2O3] 16 dla różnej grubości przekładki Al2O3 uzyskany przy oscylacyjnych zmianach pola magnetycznego. Przekładka Al2O3 o grubości 0.22nm. Kierunek trudny. Charakterystyczna dla polikrystalicznych miękkich materiałów magnetycznych, widoczna w kilku warstwach, struktura zmarszczkowa (ripples).

16 Struktura domenowa cienkich warstw na rdzenie i ekrany magnetyczne głowic twardych dysków Układ wielowarstwowy [(Fe97Al3)85N15/Al2O3] 16 dla różnej grubości przekładki Al2O3 Przekładka Al2O3 o grubości 2.5nm. Kierunek łatwy. Ściana 360 typu zig-zag uzyskana przy zmiennym polu magnetycznym.

17 Struktura domenowa zaworów spinowych stosowanych w pamięciach MRAM Struktura domenowa zaworów spinowych stosowanych w pamięciach MRAM Rozwój struktury domenowej silnie steksturowanego zaworu spinowego Si(100)/Ta(5)/Cu(30)/Ta(20)/Cu(5)/MnIr(12) /CoFe(3)/AlOx(1.6)/NiFe(8)/Ta(10) dla rosnącego pola magnetycznego przyłożonego w kierunku łatwym. Kształt struktury świadczy o istnieniu anizotropii dwuosiowej.

18 Układy supersieci (Fe1Au1)x3 naniesione na podłoże łupane (tarasy) techniką MBE. Pojedyncza warstwa supersieci (Fe1Au1)x3. Ruch ściany domenowej po powierzchniach tarasów.

19 Układy supersieci (Fe1Au1)x3 naniesione na podłoże łupane (tarasy) techniką MBE. Dwie warstwy supersieci [(Fe1Au1)x3]/Au10/ [(Fe1Au1)x3] sprzężone antyferromagnetycznie. Ruch ściany domenowej dla przejścia ze stanu ferromagnetycznego do antyferromagnetycznego. Nukleacja domen dla przejścia ze stanu antyferromagnetycznegodo ferromagnetycznego. Strzałkami zaznaczono kierunek namagnesowania poszczególnych subwarstw supersieci.

20 Układy supersieci (Fe1Au1)x5 naniesione na podłoże łupane (tarasy) techniką MBE. Film 6.10 Układ pięciu supersieci [(Fe1Au1)x3]/Au10/ [(Fe1Au1)x3] /Au10/ [(Fe1Au1)x3] /Au10/ [(Fe1Au1)x3] /Au16/ [(Fe1Au1)x3] sprzężonych ferro i -/antyferromagnetycznie. Ruch ściany domenowej dla przejścia ze stanu ferromagnetycznego do antyferromagnetycznego. Nukleacja domen dla przejścia ze stanu antyferromagnetycznego do ferromagnetycznego. Strzałkami zaznaczono kierunek namagnesowania poszczególnych subwarstw supersieci.

21 Superlattices Kerr signal 0 Magnetic field

22 90º - hard direction Parallel domain stripes and weak ripple structure from the top and bottom layer

23 Thermo-writing laser beam H external biasing field magnetic layer T

24 Zapis termo-magnetooptyczny w układzie [Fe(1nm)/Tb(0.8nm)]x50. Film 6.12 Generowanie domen cylindrycznych przez podgrzanie impulsem laserowym.

25 Thermowriting