Ferromagnetische Resonanz (FMR) Spektroskopie

PhaseFMR von NanOsc

Das PhaseFMR von NanOsc misst die ferromagnetische Resonanz einer magnetischen Dünnschichtprobe und ermittelt daraus ihre dynamischen magnetischen Eigenschaften. Das betriebsbereit gelieferte PhaseFMR ist ein kostengünstiges und einfach zu bedienendes Instrument für magnetodynamische Messungen. Unter anderem können neuartige Phänomene wie Spin-Pumpen, der Spin-Hall-Effekt und der Inverse-Spin-Hall-Effekt (ISHE) untersucht werden. Im Lieferumfang enthalten sind die Mikrowellen- und Detektionshardware sowie Mess- und Analysesoftware.

Features
Frequenzbereich: 2 - 8 GHz, 2 - 18 GHz und 2 - 40 GHz
Ultradünne Schichten bis 2 nm
Mikrowellen- und Detektionshardware inklusive
LabVIEW Schnittstelle
Tieftemperatur-Version, das CryoFMR

Die ferromagnetische Resonanz (FMR) einer magnetischen Dünnschicht ist eine grundlegende Eigenschaft für hochfrequente Magnet- und Spintronic-Anwendungen wie Schreibköpfe von Festplatten, Spin-Torsions-moment-MRAM und Spin-Torsionsmoment-Oszillatoren. Das PhaseFMR misst die ferromagnetische Resonanz bei unterschiedlichen Magnetfeldern. Mit Hilfe der Analysesoftware lassen sich die folgenden Parameter ermitteln:

  • Sättigungsmagnetisierung (Ms)
  • Intrinsische Dämpfung (alpha)
  • Inhomogene Verbreiterung (ΔH)
  • Gyromagnetisches Verhältnis (γ/2π)

In magnetischen Nanostrukturen können höhere Spinwellenmodi dominieren, deren Verständnis für die endgültige Funktion und Zuverlässigkeit von Spintronic-Baugruppen nötig ist. Das PhaseFMR misst die Stelle und Feldabhängigkeit dieser Moden.

Ko-planare Wellenleiter Ferromagnetische Resonanz (CPW-FMR) ist eine spektroskopische Technik, welche die Kopplung zwischen einem RF-Signal, welches sich in dem CPW bewegt, und der oszillierenden Magnetisierung der Probe, die auf dem CPW sitzt, ausnutzt. Wenn eine ferromagnetische Probe in einem konstanten und gleichförmigen externen Magnetfeld (HDC) platziert wurde, richtet sich dessen Magnetisierung entlang der Richtung des angelegten externen Feldes aus. Dann ist es möglich eine Präzession der Probenmagnetisierung, durch das Anlegen eines kleinen RF Feldes quer zur Richtung des externen Feldes, anzuregen. Da die Resonanzfrequenz fFMR der Magnetisierung von dem magnetischen Feld abhängt, führt das Durchstimmen des externen Feldes bei gleichzeitigem konstant halten der Frequenz hrf zu einem Absorptionsspektrum, welches der FMR Respons bei dieser bestimmten Frequenz entspricht.
Wenn wir weiterhin die Kittel Formel für dünne Filme mit Magnetisierung parallel zur Filmfläche betrachten und Anisotropie vernachlässigen,

können wir sehen, dass es für diese Geometrie möglich ist sowohl die Sättigungsmagnetisierung Ms als auch das Gyromagnetische Verhältnis γ zu bestimmen. Letztlich kann auch die Linienbreite des Maximums dazu verwendet werden Parameter des dynamischen Verhaltens der Spin-Anregung, wie die intrinsische Dämpfung α und die inhomogene Linienverbreiterung ΔHo, zu extrahieren.

Messung von ultra-dünnen Filmen mit bis zu 2nm Schichtdicke

Das PhaseFMR Spektrometer hat ein exzellentes Signal-zu-Rausch Verhältnis und erlaubt FMR Messungen von ultra-dünnen Filmen. Es wurden bereits CoFeB Filme mit einer Schichtdicke von 2 nm gemessen.

CryoFMR

Das PhaseFMR wurde bereits erfolgreich in zwei unterschiedliche Kryostate integriert. Dies waren die Kryostate von Quantum Design, das PPMS, das DynaCool und das VersaLab, sowie die Cryostation C2 von Montana Instruments. Die Tieftemperatur-Version des PhaseFMR wird CryoFMR genannt. Für die Integration mit diesen Kryostaten wird ein speziell modifizierter Probenhalter mit Helmholtzspulen eingesetzt. NanOsc Instruments bietet zwei CPWs zur Analyse von Dünnfilmen mit in-plane und out-of-plane Geometrie zum Magnetfeld zusammen mit der kompletten Integration des FMRs in diese Kryostate an.

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