@phdthesis{Samiepour2014,
  author    = {Samiepour, Marjan},
  title     = {Fabrication and characterization of CPP-GMR and spin-transfer torque induced magnetic switching},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-102226},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Even though the unique magnetic behavior for ferromagnets has been known for thousands of years, explaining this interesting phenomenon only occurred in the 20th century. It was in 1920, with the discovery of electron spin, that a clear explanation of how ferromagnets achieve their unique magnetic properties came to light. The electron carries an intrinsic electric charge and intrinsic angular momentum. Use of this property in a device was achieved in 1998 when Fert and Gru¨nberg independently found that the resistance of FM/NM/FM trilayer depended on the angle between the magnetization of the two layers. This phenomena which is called giant magnetoresistance (GMR) brought spin transfer into mainstream. This new discovery created a brand new research fi called "spintronics" or "spin based electronics" which exploits the intrinsic spin of electron. As expected spintronics delivered a new generation of magnetic devices which are currently used in magnetic disk drives and magnetic random access memories (MRAM). The potential advantages of spintronics devices are non-volatility, higher speed, increased data density and low power consumption. GMR devices are already used in industry as magnetic memories and read heads. The quality of GMR devices can be increased by developing new magnetic materials and also by going down to nanoscale. The desired characteristic properties of these new materials are higher spin polarization, higher curie temperature and better spin filtering. Half-metals are a good candidate for these devices since they are expected to have high polarization. Some examples of half-metals are Half-Heusler alloy, full Heusler alloy and Perovskite or double Perovskite oxides. The devices discussed in this thesis have NiMnSb half-Heusler alloy and permalloy as the ferromagnetic layers separated by Cu as the nonmagnetic layer. This dissertation includes mainly two parts, fabrication and characterization of nan- opillars. The layer stack used for the fabrication is Ru/Py/Cu/NiMnSb which is grown on an InP substrate with an (In,Ga)As buff by molecule beam epitaxy (MBE). A new method of fabrication using metal mask which has a higher yield of working samples over the previous method (using the resist mask) used in our group is discussed in detail. Also, the advantages of this new method and draw backs of the old method are explained thoroughly (in chapter 3). The second part (chapters 4 and 5) is focused on electrical measurements and charac- terization of the nanopillar, specially with regard to GMR and spin-transfer torque (STT) measurements. In chapter 4, the results of current perpendicular the plane giant mag- netoresistance (CPP-GMR) measurements at various temperatures and in-plane magnetic fi are presented. The dependence of CPP-GMR on bias current and shape anisotropy of the device are investigated. Results of these measurements show that the device has strong shape anisotropy. The following chapter deals with spin-transfer torque induced magnetic switching measurements done on the device. Critical current densities are on the order of 106 A/cm2, which is one order of magnitude smaller than the current industry standards. Our results show that the two possible magnetic configurations of the nanopillar (parallel and anti-parallel) have a strong dependence on the applied in-plane magnetic fi Fi- nally, four magnetic fi regimes based on the stability of the magnetic configuration (P stable, AP stable, both P and AP stable, both P and AP unstable) are identified.},
  subject      = {Riesenmagnetowiderstand},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Riegler2011,
  author    = {Riegler, Andreas},
  title     = {Ferromagnetic resonance study of the Half-Heusler alloy NiMnSb : The benefit of using NiMnSb as a ferromagnetic layer in pseudo-spin-valve based spin-torque oscillators},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66305},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Seit der Entdeckung des Spin-Torque durch Berger und Slonczewsky im Jahre 1996 gewann dieser Effekt immer mehr an Einfluss in dem Gebiet der Spintronic. Dies geschah besonders durch den Einfluss des Spin-Torque auf die Informationsspeicher und Kommunikationstechnologien (z.B. die M{\"o}glichkeit einen magnetischen Zustand eines Speicherelementes mit Hilfe von Strom und nicht wie bisher durch das Anlegen eines magnetischen Feldes zu {\"a}ndern, oder die Realisierung eines hochfrequenten Spin-Torque-Oszillator (STO). Aufgrund des direkten Zusammenhangs zwischen der D{\"a}mpfung in Ferromagneten und der kritischen Stromdichte, die n{\"o}tig ist um ein Spin-Ventil zu schalten oder ein Pr{\"a}zidieren der Magnetisierung zu induzieren, wurde die Forschung an Ferromagneten mit geringer D{\"a}mpfung zunehmend forciert. In dieser Arbeit werden Studien der ferromagnetischen Resonanz (FMR) von NiMnSb Schichten und Transportmessungen an NiMnSb basierten Spin-Ventilen pr{\"a}sentiert. Das Halbmetall NiMnSb ist mit einer theoretischen 100\%igen Spinpolarisation pr{\"a}destiniert f{\"u}r die Verwendung in GMR Elementen. Neben der theoretisch vorhergesagten hohen Spinpolarisation zeigen die durchgef{\"u}hrten FMR Messungen einen {\"u}beraus geringen D{\"a}mpfungsfaktor f{\"u}r dieses Material. Dieser liegt in der Gr{\"o}ßenordnung von wenigen 10-3. Somit ist die D{\"a}mpfung in NiMnSb um den Faktor zwei geringer als in Permalloy und gut vergleichbar mit epitaktisch gewachsenen Eisen-Schichten. Neben den guten D{\"a}mpfungseigenschaften zeigen jedoch theoretische Modelle den Verlust der 100\%igen Spinpolarisation durch das Brechen der Translationssymmetrie an Grenzfl{\"a}chen und das Kollabieren der Aufspaltung im Minorit{\"a}ts-Spin-Band. Da ein Wachstum in (111) Richtung diesen Prozess entgegen wirken kann, werden in dieser Arbeit zudem auf (111)(In,Ga)As gewachsene NiMnSb Schichten mittels FMR untersucht. Die Messungen an diesen Proben zeigen, im Vergleich zu (001) orientierten Schichten, eine erh{\"o}hte D{\"a}mpfung. Zudem kann bei diesen Schichten eine schichtdickenabh{\"a}ngige uni-direktionale magnetische Anisotropie gemessen werden. Im Hinblick auf den m{\"o}glichen industriellen Einsatz in Speicherelementen werden {\"u}berdies Messungen an Sub-Mikrometer großen NiMnSb Elementen auf (001) orientierten Substraten pr{\"a}sentiert. Die Elemente wurden mittels Elektronenstrahllithographie hergestellt und mittels FMR vermessen. Auch die so prozessierten Schichten zeigen einen D{\"a}mpfungsfaktor im unteren 10-3 Bereich. Das Auftreten von magnetostatischen Moden in den Messungen ist ein weiterer indirekter Nachweis der hohen Qualit{\"a}t der NiMnSb-Schichten. Im Jahre 2001 wurde von Mizukamie und seinen Kollegen eine dickenabh{\"a}ngige Erh{\"o}hung der Gilbertd{\"a}mpfung bei, mit Metallen bedeckten, Permalloy-Schichten beobachtet. Im Jahr darauf wurde von Tserkovnyak, Brataas und Bauer eine Theorie erarbeitet die dieses Ph{\"a}nomen auf ein Pumpen von Spins aus dem Ferromagneten in die Metalschicht zur{\"u}ckf{\"u}hrt. Aus diesem Grund werden Messungen von NiMnSb Schichten, die mit verschiedenen Metallen und Isolatoren in-situ vor Oxidation gesch{\"u}tzt wurden, pr{\"a}sentiert. Nach diesen materialspezifischen Voruntersuchungen werden auf NiMnSb und Permalloy basierte Pseudo-Spin-Ventile unter Verwendung eines selbst ausrichtenden lithographischen Prozesses hergestellt. Transportmessungen an den Proben zeigen ein GMRVerh{\"a}ltnis von 3,4\% bei Raumtemperatur und fast das doppelte bei tiefen Temperaturen. Diese sind sehr gut vergleichbar mit den besten ver{\"o}ffentlichten GMR-Verh{\"a}ltnissen f{\"u}r Einzelschichtsysteme. {\"U}berdies kann in den Experimenten eine viel versprechend geringe kritische Stromdichte, die n{\"o}tig ist, um die magnetische Orientierung zu {\"a}ndern, gemessen werden. Diese ist vergleichbar mit kritischen Stromdichten aktuellster metallbasierter GMR-Elemente oder auf dem Tunneleffekt basierenden Spin-Ventilen. Das eigentliche Potential der auf NiMnSb basierenden Spin-Ventile wird erst ersichtlich wenn diese als STO zum Emittieren hochfrequenter, durchstimmbarer und schmalbandiger elektromagnetischer Wellen verwendet werden. Auf Heusler basierende STO zeigen einen {\"u}berdurchschnittlich hohen q-Faktor von 4180, sogar im Betrieb ohne extern angelegtes Magnetfeld. Dieser ist um mehr als eine Gr{\"o}ßenordnung h{\"o}her als der h{\"o}chste ver{\"o}ffentliche q-Faktor eines ohne externes Feld arbeitenden STO. W{\"a}hrend die Heusler basierten STO ebenso wie alle anderen STO unter einer geringen Ausgangsleistung leiden, machen die Maßst{\"a}be im Sub-Mikrometer Bereich eine On-Chip Herstellung m{\"o}glich. Somit kann durch ein Parallelschalten von gekoppelten Oszillatoren eine Erh{\"o}hung der Ausgangsleistung erzielt werden.},
  subject      = {Nickelverbindungen},
  language  = {en}
}