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Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurden nichtlineare Spinwellen-Prozesse in magnetischen Vortex-Strukturen aus einer Ni81Fe19-Legierung untersucht. Die radialen Randbedingungen und die Rotationssymmetrie eines kreisförmigen Vortex bedingen eine Quantisierung azimutaler und radialer Spinwellen in diesem System. Typische Frequenzen dieser Eigenzustände liegen im Gigahertz-Bereich und können durch Mikrowellenfelder angeregt werden.
In dieser Arbeit wurden verschiedene nichtlineare Magnonen-Wechselwirkungen bei hinreichend hohen Pumpleistungen mittels mikrofokussierter Brillouin-Lichtstreuung identifiziert. Auswahlregeln für die Aufspaltung der direkt angeregten, fundamentalen Mode in zwei diskrete Zustände mit niedrigerer Energie wurden anhand der gemessenen BLS-Spektra und räumlichen Modenprofile formuliert.
Die zeitliche Entwicklung der Besetzung dieser zusätzlichen Zustände, welche nur durch 3-Magnonen-Streuung erklärbar ist, wurde mithilfe zeitaufgelöster μBLS untersucht. Bei großen Amplituden des externen Anregungsfeldes sättigen die Anstiegszeiten der zusätzlich populierten Zustände. Ein Modell aus gekoppelten Differentialgleichungen basierend auf dem Formalismus der analytischen Theorie wurde vorgestellt, um die experimentellen Daten zu beschreiben. Die Population der linear angeregten Mode und der durch 3-Magnonen-Prozesse angeregten Moden konnten damit hinreichend beschrieben werden. Das Modell und die experimentellen Daten weichen ab dem Einsetzen von Streuprozessen höherer Ordnung voneinander ab.
Der Übergang zur 4-Magnonen-Streuung wurde in weiteren Messungen untersucht und zeigt Kaskaden der verschiedenen Streuprozesse auf Zeitskalen einiger Nanosekunden. Im untersuchten Probensystem bedingt die 4-Magnonen-Streuung die zusätzliche Population von Zuständen mit der 1/2- und 3/2-fachen Anregungsfrequenz. Mögliche Ursachen für diese Beobachtungen werden diskutiert, können jedoch aufgrund ihres zeitgleichen Auftretens nicht experimentell bestätigt werden.
Analyse des Spinwellentransportes in ferromagnetischen Nanostrukturen mit magnetooptischen Methoden
(2016)
Die Bachelorarbeit befasst sich mit der Propagation von Spinwellen in Ni81Fe19 Nanostrukturen. Diese experimentell gut kontrollierbaren Anregungszustände in Ferromagneten bieten vielversprechende Möglichkeiten für zukünftige Technologien im Bereich der Informationsübertragung. Die verwendeten Proben waren Streifenstrukturen unterschiedlicher Breite, einer Länge von 200 µm und einer Dicke von 100 nm. Ein statisches externes Magnetfeld konnte parallel zu den Streifen angelegt werden. Dies ermöglichten die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik in der sogenannten Backward-Volume-Geometrie, welche einen der zwei Grenzfälle der Spinwellendispersion darstellt. Zur Anregung der Spinwellen wurden in den Untersuchungen dynamische Magnetfelder genutzt, welche durch Mikrowellenströme in dünnen Goldstrukturen erzeugt wurden. Ziel der Untersuchungen war die experimentelle Bestimmung der Abklinglängen, der Sättigungsmagnetisierung und der Dispersionsrelation. Der experimentelle Teil wurde an einem Brillouin-Lichtstreu-Mikroskop durchgeführt welches eine lediglich beugungsbegrenzte Analyse der Spinwellen-Intensität im Ortsraum ermöglicht und ebenfalls zur Untersuchung des Phasenprofils genutzt werden kann. Die BLS-Mikroskopie basiert dabei auf der inelastischen Streuung von Photonen an Magnonen welches eine Frequenzverschiebung des eingestrahlten Lichtes zur Folge hat.