Grundlegende Aspekte des optischen Einzelimpulsschaltens von nanometergroßen magnetischen Speichermedien

• Antragsteller: Dr. Jakob Walowski
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439225584

Steigende Datenaufkommen zur digitalen Speicherung, erfordern neue technologische Konzepte sowohl für höhere Dichten als auch höhere Schreibgeschwindigkeiten auf die Speichermedien. Nach über 40 Jahren Miniaturisierung, kommen konventionelle Techniken an ihr Ende. Im Wesentlichen wird Information auf magnetischen Datenträgern durch das Einstellen der Magnetisierung kleinster Bereiche, also der Erzeugung von Bits geschrieben. In herkömmlichen Verfahren machen das kleine Elektromagnete, die direkt über der Plattenoberfläche fliegen und ein magnetisches Feld induzieren. Die technologischen Optimierungsmöglichkeiten dieser konventionellen Methode kommen an das Ende und andere Ansätze werden interessant. Optisches helizitätsabhängiges Schalten der Magnetisierung (AO-HDS) hat das Potential weiteres Verkleinern der Bits zu ermöglichen und gleichzeitig den Schreibprozess zu beschleunigen. Unsere vorhergehenden Untersuchungen mit granularen FePt Speichermedien deuten auf stochastisches Schaltverhalten verursacht hauptsächlich durch den Inversen Faraday Effekt (IFE) als deterministischen Mechanismus mit zirkular polarisierten Laserpulsen, das wir überwinden werden. Ich schlage ein Forschungsprojekt zur Durchführung von AO-HDS Schaltexperimenten mit zirkular polarisierten Femtosekundenlaserpulsen im Wellenlängenbereich von nahen bis zum mittleren Infrarot vor. Diese Untersuchung dient der Ermittlung der Effizienz des IFE in Abhängigkeit verschiedener Photonenergien in granularen Medien sowie des Zusammenspiels zwischen IFE und dem magnetischen zirkularen Dichroismus. Meine Expertise im zeitaufgelösten Magneto-Optischen Kerr-Effekt (TR-MOKE) wird begleitend die Implementierung dieser Messtechnik ermöglichen um weiterhin die Magnetisierungs- sowie Schaltdynamik auf der Femto- bis zur Pikosekundenskala zu analysieren. Zur Untersuchung plasmonischer und dielektrischer Nahfeldverstärkung beim Schalten der Magnetisierung werden entsprechende Nanostrukturen and den Grenzflächen zum Medium entwickelt. Die Zusammenarbeit mit experimentellen Arbeitsgruppen wird die Analyse der Schaltexperimente durch Einsatz von Kerr-Mikroskopie zur Abbildung der magnetischen Strukturen und durch Einsatz von magnetischer Kraftmikroskopie zur Aufklärung des Ursprungs von AO-HDS erweitern. Dieses Projekt ist in bereits existierende erfolgreiche Kooperationen aus der Theorie eingebettet in denen vorhandene Methoden zur thermischen Spin Modellierung, ab-initio IFE Berechnungen und thermischer Macrospin Modellierung erweitert werden, um ihre Voraussagefähigkeit zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen