Breating the recording quadrilemma using Curie temperature modulated structures
Final Report Abstract
Forschungsgegenstand dieses Projekts war die Herstellung und Untersuchung neuartiger austauschgekoppelter Bilagensysteme und deren Eignung als thermisch-assistiertes Magnetspeichersystem. Um diese Ziele zu erreichen, wurden [Co/Ni/Pt]/TbFeCo Bilagensysteme bei Raumtemperatur mittels Sputterdeposition hergestellt. Hierbei dienen [Co/Ni/Pt]-Multischichten mit moderater senkrechter magnetischer Anisotropie, hoher Curie-Temperatur und Sättigungsmagnetisierung als Schreib- und Ausleseschicht während amorphe ferrimagnetische TbFeCo Schichten mit hoher senkrechter magnetischer Anisotropie als Speichermaterial Verwendung finden. Durch Variation des Co-Anteils konnte die Curie-Temperatur der TbFeCo Schichten im Bereich zwischen 400 und 600 K kontrolliert eingestellt werden. Während des Projektes hatte sich jedoch herausgestellt, dass die magnetische Anisotropie der ferrimagnetischen Schicht nach dem thermischen Heizprozess bereits bei niedrigen Temperaturen noch deutlich unterhalb der Kristallisationstemperatur unerwartet stark reduziert wird, was deren Einsatz für die thermisch unterstützte magnetische Datenspeicherung stark einschränkt. Eine umfangreiche und systematische Studie zum Ummagnetisierungsverhalten von austauchgekoppelten TbFeCo/[Co/Ni/Pt] Heterostrukturen unter Variation der Zusammensetzung der Proben und deren Bilagen-Anzahl wurde durchgeführt. Hierbei konnte ein komplexes Ummagnetisierungsverhalten, welches überraschenderweise hysteretisches und hysteresefreies Schalten zeigt, experimentell beobachtet werden. Durch mikromagnetische Modellierung sowie durch die Entwicklung eines analytischen Modells konnte der beobachtete Übergang und dessen Randbedingungen sowie der zugrundeliegende Ummagnetisierungsmechanismus aufgedeckt und vollständig erklärt werden.
Publications
- (2020) Hysteresis-free magnetization reversal of exchange-coupled bilayers with finite magnetic anisotropy. Phys. Rev. B (Physical Review B) 102 (1) 014429
Vogler, Christoph; Heigl, Michael; Mandru, Andrada-Oana; Hebler, Birgit; Marioni, Miguel; Hug, Hans Josef; Albrecht, Manfred; Suess, Dieter
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.014429) - “Noise reduction in heat-assisted magnetic recording of bitpatterned media by optimizing a high/low Tc bilayer structure”, Journal of Applied Physics 122 (2017)
Muthsam, O., Vogler, C., and Suess, D.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5004244) - “Magnetic force microscopy with frequency-modulated capacitive tip–sample distance control”, New Journal of Physics 20, 013018 (2018)
Zhao, X., Schwenk, J., Mandru, A. O., Penedo, M., Bacani, M., Marioni, M. A., & Hug, H. J.
(See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa9ca9) - “Curie temperature modulated structure to improve the performance in heat-assisted magnetic recording”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 474, 442 (2019)
Muthsam, O., Vogler, C., and Suess, D.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.11.035) - “Improving the signal-to-noise ratio for heatassisted magnetic recording by optimizing a high/low Tc bilayer structure”, Journal of Applied Physics, 126 (2019)
Muthsam, O., Slanovc, F., Vogler, C., and Suess, D.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5119407) - “Magnetization Reversal of Strongly Exchange-Coupled Double Nanolayers for Spintronic Devices”, ACS Appl. Nano Mater. 2, 7478 (2019)
X. Zhao, A.-O. Mandru, C. Vogler, M. A. Marioni, D. Suess, and H. J. Hug
(See online at https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01243) - „Stochastic ferrimagnetic Landau-Lifshitz-Bloch equation for finite magnetic structures”, Physical Review B 100, 054401 (2019)
Vogler, C., Abert, C., Bruckner, F., and Suess, D.
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.054401) - “Magnetic properties of Co/Ni-based multilayers with Pd and Pt insertion layers”, J. Appl. Phys. 127, 233902 (2020)
M. Heigl, R. Wendler, S. Haugg, and M. Albrecht
(See online at https://doi.org/10.1063/5.0010112) - “Pervasive artifacts revealed from magnetometry measurements of rare earthtransition metal thin films”, J. Vac. Sci. Technol. A 38, 023409 (2020)
A.-O. Mandru, O. Yildirim, M. A. Marioni, H. Rohrmann, M. Heigl, O. Ciubotariu, M. Penedo, X. Zhao, M. Albrecht, and H. J. Hug
(See online at https://doi.org/10.1116/1.5135504)
