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Magnetische Schichtsysteme auf dem Vormarsch

05.03.1999 - (idw) Forschungszentrum Jülich

30. Ferienkurs des Instituts für Festkörperforschung

Im Laufe der letzten sechs Jahre wurden magnetische Schichtsysteme zunehmend erforscht und finden verstärkt Anwendung. Der Grund: Sie verfügen über ganz besondere Eigenschaften, wie etwa den Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR). Dieser wird zum Beispiel erfolgreich in Magnetfeldsensoren für das Auslesen der Information aus Computer-Festplatten genutzt. Für die Entdeckung dieses Effekts erhielt Professor Peter Grünberg, Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich, 1998 den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten. Das Forschungs- und Anwendungsfeld der magnetischen Schichtsysteme geht aber über den GMR-Effekt weit hinaus. Ein Ferienkurs, der zur Zeit am Forschungszentrum Jülich stattfindet, gibt einen Überblick über die physikalischen Grundlagen, Eigenschaften und die Herstellung magnetischer Schichtsysteme.

Mit dem Kurs, der vom 1. bis 12. März dauert, wollen die Organisatoren des Jülicher Instituts für Festkörperforschung an die 24. Ferienschule des Instituts 1993 zum Thema "Magnetismus von Festkörpern und Grenzflächen" anknüpfen und umfassend über magnetische Schichtsysteme informieren. Beflügelt von der erfolgreichen Markteinführung von Magnetfeldsensoren für Hard-Discs, die nach dem GMR-Prinzip arbeiten, möchten die Festkörper-Forscher neben den Grundlagen auch weitere Anwendungsmöglickeiten auf dem Gebiet der Magnetoelektronik erläutern.

Im Zuge der jährlichen Frühjahrsschule des Instituts für Festkörperforschung werden aktuelle Forschungsrichtungen aus der Physik der kondensierten Materie vermittelt. Ziel der kostenlosen Schulung ist es, Studenten höherer Semester, Diplomanden, Doktoranden und junge Wissenschaftler mit ausgewählten Gebieten der Festkörperphysik bekanntzumachen. Der große Anklang, den die Ferienschulen regelmäßig finden, drückt sich durch die Hörerzahlen und das Interesse an den Vorlesungsmanuskripten aus. Von den jeweils 300 Teilnehmern nahmen viele in den Folgejahren wieder an den Kursen teil.

Der Magnetismus in geschichteten Metallfilmen wird wesentlich dadurch beeinflußt, wie die Grenzflächen beschaffen sind, also jene Flächen, die die einzelnen Schichten von einander trennen. Abweichungen von der idealen, atomar glatten Grenzfläche können die Eigenschaften des Materials erheblich verändern. Mit dieser Kenntnis lassen sich gezielt Strukturen mit bestimmten technischen Eigenschaften herstellen.
Die magnetischen Grundgrößen, aus denen viele Eigenschaften abgeleitet werden können, sind Anisotropie und Magnetisierung. Die Anisotropie legt fest, entlang welcher Achse oder Ebene die Magnetisierung zeigt und wie schwer es ist, sie dort herauszudrehen. Der Anisotropie-Effekt ist zum Beispiel für magnetische Speicher bedeutsam. Computer-Festplatten erfordern eine maßgeschneiderte Anisotropie in der Schichtebene, damit Bits exakt eingeschrieben und gespeichert werden können. Bei magneto-optischen Speichern ist für eine perfekte Ausrichtung der Magnetisierung senkrecht zur Platte eine senkrechte magnetische Anisotropie erforderlich.

Unter "magneto-optischem Effekt" versteht man das Phänomen, daß die optischen und spektroskopischen Eigenschaften eines Festkörpers von der Stärke der Magnetisierung oder ihrer Richtung abhängen. Der am längsten bekannte magneto-optische Effekt wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts von dem britischen Physiker Michael Faraday entdeckt. Er stellte fest, daß sich linear polarisiertes Licht beim Durchgang durch ein in Längsrichtung magnetisiertes Bleiglas dreht und daß der Drehwinkel bei Umkehr des Magnetfelds sein Vorzeichen ändert. Später wurden derartige Erscheinungen, die als magnetischer Dichroismus bezeichnet werden, auch im Röntgenbereich des Lichts nachgewiesen. Eine spezielle Art des Dichroismus, der "zirkulare magnetische Dichroismus", läßt sich zum Beispiel für bildgebende Verfahren einsetzen.

Bevor jedoch komplizierte Gebiete, wie Magnetische Anisotropie und Magneto-Optik, auf der diesjährigen Ferienschule besprochen werden, erläutern die Jülicher Forscher und Gastdozenten die Grundlagen des Magnetismus und der Physik dünner Schichten. Dazu gehören auch eine Einführung in die "Dichtefunktionaltheorie" und den "Bandmagnetismus" sowie eine Übersicht über verschiedene magnetische Materialklassen und relevante Meßmethoden. Außer der Theorie des Dünnfilmmagnetismus werden auch die gängigen Präparationsmethoden erklärt und vergleichend dargestellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung von Spinstrukturen in Schichtsystemen und von Kopplungsphänomenen in Multischichten. Wer dann noch Fragen zu den Magnetischen Schichtsystemen hat, kann die Dozenten in einer der Kaffeepausen sprechen oder sich mit dem mehr als 1000seitigen Vorlesungsmanuskript in eine ruhige Ecke des Tagungsgebäudes zurückziehen.

-tgt-
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