Voltage control of magnetic anisotropy in ultrathin epitaxial magnetic layers

Abstract

In dieser Arbeit wird der VCMA (voltage control of magnetic anisotropy) in epitaktischen, auf MgO/(Co)Fe-basierenden Multilagen, welche als Archetypen für zukünftige spintronic Anwendungen gelten, untersucht. Die Analyse der Gatezeit- und Spannungsabhängigkeit lässt darauf schließen, dass der elektronische VCMA für Gatezeiten > 1.4 ms durch charge trapping und/oder Magneto-ionics überlagert wird. Eine unerwartete Zunahme des VCMA-Effizienz-Koeffizienten mit zunehmender Fe-Schichtdicke wird gemessen und einem inversen piezoelektrischen Effekt im MgO und/oder einer dickenabhängigen Au Oberflächensegregation zugeschrieben. Die Verschiebung der FMR (ferromagnetic resonance) Position mittels elektrischer Felder wird gezeigt. Der maximal gemessene VCMA-Effizienzkoeffizient ist relativ klein, was auf nicht perfekte dielektrische MgO-Schichten, hergestellt mittels thermischen Elektronenstrahlverdampfens, zurückgeführt wird.

In this thesis the VCMA (voltage control of magnetic anisotropy) in epitaxial MgO/(Co)Fe-based multi-layers, which are regarded as archetypes for future spintronic applications, is investigated. The analysis of the gate-voltage- and gating-time-dependence reveals that the electronic VCMA is superimposed by charge trapping and/or magneto ionic effects for a gating-time > 1.4 ms. An unexpected increase of the VCMA efficiency coefficient with increasing Fe thickness is measured and explained by an inverse piezo electric effect in MgO and/or a thickness dependent Au surface segregation. The electric field induced alteration of the FMR (ferromagnetic resonance) position is shown. The maximum found VCMA efficiency coefficient is relatively small which is attributed to non-perfect dielectric MgO layers prepared by electron-beam evaporation.