Highly efficient domain wall motion in ferrimagnetic Bi-layer systems at the angular momentum compensation temperature

Abstract

Im letzten Jahrzehnt wurde die Effizienz strominduzierter Bewegung magnetischer Domänenwände (DWs) enorm gesteigert, indem in synthetischen Antiferromagneten der Drehmomentübertrag durch die antiferromagnetische Wechselwirkung (ECT) genutzt wurde. In dieser Arbeit wird der ECT in einer ferrimagnetischen Doppelschicht untersucht, in der die magnetischen Momente einer Co und einer Gd-Schicht ebenfalls antiferromagnetisch koppeln. Die DWs werden durch nanosekundenlange Strompulse bewegt und deren Geschwindigkeit mittels Kerr-Mikroskopie bei verschiedenen Temperaturen ermittelt. In der Co/Gd-Doppelschicht bewegen sich die DWs bereits bei einem sehr geringen Schwellstrom. Die Bewegung ist bei einer Temperatur TA am effizientesten, bei der sich die Drehimpulse der beiden Schichten kompensieren. Die Berücksichtigung der Joulschen Wärme ist bei der Bestimmung von TA von besonderer Wichtigkeit. Die hier gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung neuartige Speichermedien genutzt werden.

Within the last decade, the efficiency of current-induced motion of magnetic domain walls (DWs) has been enhanced tremendously by utilizing the exchange coupling torque (ECT) in synthetic antiferromagnetic structures. In the present study this ECT mechanism is explored in a ferrimagnetic bi-layers consisting of a Co and a Gd layer which couple antiferromagnetically. The DWs are moved by nanosecond-long current pulses and their velocity is determined by using Kerr microscopy at various temperatures. A low threshold current density is required to move DWs in this Co/Gd bi-layer. It is shown that the motion is most efficient at a certain temperature TA at which the angular momenta of both layers compensate each other. Since the device temperature is significantly increased by the current pulses, taking into account Joule heating is of major importance when determining TA. The results of this thesis can be used for the development of novel storage devices and improving their efficiency.