Herstellung und Charakterisierung von freistehenden dreidimensionalen Yttrium-Eisen-Granat Nanostrukturen

Abstract

In dieser Arbeit wird ein flexibles Strukturierungsverfahren zur Herstellung von freistehenden YIG-Nanostrukturen mittels Elektronenstrahllithografie, gepulster Laserdeposition von amorphem YIG bei Raumtemperatur, Lift-off und nachträglichem Tempern zur Kristallisation der Strukturen präsentiert. Die Charakterisierung erfolgt sowohl strukturell mittels SEM und TEM, als auch hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften mit Hilfe von induktiver FMR und TRMOKE. Die hergestellten Strukturen zeigen sehr niedrige Dämpfungswerte und geringe Linienbreiten. Zusätzlich werden Verfahren zum Transfer von kristallinen YIG-Strukturen auf andere Substrate vorgestellt. Damit lässt sich unter anderem die Kopplung von Magnonen und Phononen mit Hilfe von SAWs auf Lithiumniobat untersuchen. Ferner gelingt durch die Integration eines kristallinen YIG-Plättchens auf einen CPW auf Saphir die Untersuchung von FMR bei tiefen Temperaturen unabhängig vom störenden Einfluss des paramagnetischen GGG-Substrats.

In this work, a flexible patterning process is presented that allows the fabrication of freestanding YIG-nanostructures using complex lithography which includes room-temperature PLD, lift-off of amorphous YIG and subsequent crystallization by annealing. The characterization is done structurally by SEM and TEM and the magnetic properties are accessed by using inductively measured FMR and TRMOKE. The structures exhibit very low damping and small linewidths. Furthermore processes are introduced that provide the possibility to transfer monocrystalline YIG-structures onto virtually any kind of substrate. Hence, the coupling of magnons and phonons can be detected using the magnetoelastic excitation via SAWs on lithium niobate. Additionally the integration of a YIG-platelet onto a CPW on Sapphire allows the investigation of FMR at low temperatures without the negative influence of the paramagnetic GGG-substrate.