DE102019129203A1

DE102019129203A1 - Magnetische streufeld-struktur, magnonisches bauelement und verfahren zur herstellung einer magnetischen streufeld-struktur

Info

Publication number: DE102019129203A1
Application number: DE102019129203.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Samad; Leopold Koch; Sri Sai Phani Kanth Arekapudi; Olav Hellwig; Helmut Schultheiß
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Eine magnetische Struktur (510) weist einen synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel (100) mit senkrechter magnetischer Anisotropie auf. Ein erster und ein zweiter Teilbereich (110, 120) des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100) sind lateral nebeneinander ausgebildet. Eine vertikaler erster Magnetisierungsverlauf im ersten Teilbereich (110) unterscheidet sich nach Betrag und/oder Orientierung von einem vertikalen zweiten Magnetisierungsverlauf im zweiten Teilbereich (120). Auf einer horizontalen Hauptoberfläche (101) des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100) kann eine Entkopplungsschicht (200) ausgebildet sein. Auf der Entkopplungsschicht (200) oder der Hauptoberfläche (101) ist eine Funktionsschicht (300) ausgebildet. Die Funktionsschicht (300) wird lokal durch Kopplung mit dem synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel (100)oder durch die Streufelder des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100)in ihrer Magnetisierung ausgerichtet, wodurch in der Funktionsschicht (300) beispielsweise eine variable und reprogrammierbare Infrastruktur für die Erzeugung, Verarbeitung, Übertragung und Detektion von Spinwellen erzeugt werden kann.

Description

TECHNISCHES FELD
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine magnetische Struktur, beispielsweise auf eine magnetische Streufeld-Struktur zur Übertragung von Spinwellen, sowie auf ein magnonisches Bauelement mit einer solchen magnetischen Struktur. Weitere Ausführungsformen betreffen Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Struktur, z.B. einer magnetischen Streufeld-Struktur für Anwendungen in der magnetischen Datenverarbeitung und -speicherung sowie der Magnonik.
HINTERGRUND
Eine Spinwelle kann vereinfacht als sich fortpflanzende Störung bzw. Relaxation nach Störung der Ordnung der magnetischen Momente in einem magnetischen Material aufgefasst werden. Anregungseffizienz und Reichweite der Spinwelle sind u.a. abhängig vom Winkel zwischen Ausbreitungsrichtung und Magnetisierung. Eine Spinwellenmode bezeichnet die Ausbreitung der Spinwelle unter einem bestimmten Winkel zwischen Ausbreitungsrichtung und Magnetisierung. Typischerweise wird eine Spinwellenmode in einer dünnen magnetischen Schicht oder in einem dünnen, schmalen Streifen aus weichmagnetischem Material geführt. Der dünne Streifen bzw. ein Abschnitt der dünnen magnetischen Schicht fungiert als Spinwellenleiter.
Haldar, C. Tian, and A. O. Adeyeye, „Isotropie transmission of magnon spin information without a magnetic field“, Sci. Adv., vol. 3, no. 7, pp. 1-7, 2017 beschreiben einen Spinwellenleiter aus weichmagnetischem Material auf einem magnetischen Mehrlagenstapel. Der magnetische Mehrlagenstapel erzeugt durch direkte magnetische Austauschkopplung eine senkrechte Magnetisierung im Spinwellenleiter. Im Spinwellenleiter breitet sich senkrecht zur Magnetisierung eine Vorwärts-Volumen-Mode aus. Da die Magnetisierung unabhängig von der horizontalen Orientierung des Spinwellenleiters immer senkrecht zur Spinwellenleiteroberfläche orientiert ist, kann die Vorwärts-Volumen-Mode einer horizontalen Krümmung des Spinwellenleiters folgen.
Im Vergleich zur Vorwärts-Volumen-Mode weist die Oberflächenmode (Damon-Eshbach-Mode) eine bessere Anregungseffizienz, eine höhere Gruppengeschwindigkeit und eine höhere Reichweite auf. Die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenmode ist horizontal und quer zur Magnetisierung im Spinwellenleiter. Durch Formanisotropie stellt sich die Magnetisierung in einem dünnen, schmalen Spinwellenleiter allerdings entlang der Längsachse ein. Um einen Spinwellentransport entlang der Längsachse zu ermöglichen, kann in einen solchen schmalen Spinwellenleiter durch ein äußeres Magnetfeld eine Magnetisierung quer zur Längsachse, das heißt entgegen der natürlicherweise durch die Formanisotropie bevorzugten Ausrichtung der magnetischen Momente entlang der Längsachse, eingeprägt werden.
K. Wagner, A. Käkay, K. Schultheiss, A. Henschke, T. Sebastian & H. Schultheiss: „Magnetic domain walls as reconfigurable spin-wave nanochannels", 2016, Nature Nanotechnology volume 11, pages 432-436 beschreiben, dass sich unter geeigneten Bedingungen im Spinwellenleiter ein Landau-Domänen-Muster ausbildet, bei dem innerhalb einer Domänenwand eine horizontale Magnetisierung quer zur Längsachse vorliegt, sodass die Domänenwand selbst zu einem effektiven Spinwellenleiter wird.
Hämäläinen, M. Madami, H. Qin, G. Gubbiotti, and S. van Dijken, „Control of spin-wave transmission by a programmable domain wall", Nat. Commun., vol. 9, no. 1, p. 4853, 2018 beschreiben die kontrollierte Erzeugung eines Domänenmusters in einem Weichmagneten durch direkte mechanische Kopplung des Weichmagneten an ein Ferroelektrikum mit ferroelektrischen Domänen.
Andere Ansätze bilden den horizontalen Streufeldanteil senkrecht magnetisierter Schichten in einer horizontalen Magnetisierung in einer weichmagnetischen Schicht ab. Dabei kann die Orientierung der Magnetisierung in der horizontalen Ebene immer quer zur jeweiligen Längsrichtung der Domäne der senkrecht magnetisierten Schichten ausgerichtet werden.
Beispielsweise beschreiben Kinane et al., „Soft x-ray resonant magnetic scattering from an imprinted magnetic domain pattern", Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 9, p. 092507, 2006 das Pinnen eines Domänenmusters in einem Weichmagneten an ein Domänenmuster in einer senkrecht magnetisierten Schichtstruktur mit Kobalt- und Platinschichten. Eine Entkopplungsschicht trennt den Weichmagneten von der senkrecht magnetisierten Schichtstruktur. Insbesondere über den Domänenwänden der Schichtstruktur weist das Streufeld eine starke horizontale Komponente auf.
D. Mitin, A. Kovacs, T. Schrefl, A. Ehresmann, D. Holzinger, and M. Albrecht, „Magnetic properties of artificially designed magnetic stray field landscapes in laterally confined exchange-bias layers", Nanotechnology, vol. 29, no. 35, p. 355708, Jun. 2018 beschreiben ein Exchange-Bias-System mit einer antiferromagnetischen sowie einer ferromagnetischen Schicht. Das Exchange-Bias-System wird lokal modifiziert. Durch den Exchange-Bias erhält die Magnetisierung des Ferromagneten eine Vorzugsrichtung, die sich aus dem nicht-kompensierten, ausgerichteten magnetischen Moment des Antiferromagneten ergibt. Bei angelegtem äußeren Magnetfeld können diese Momente mittels Ionenbestrahlung ausgerichtet werden, was zu einer entsprechenden lokalen Ausrichtung der magnetischen Momente im Ferromagnet und zu einer entsprechend definierten Streufeldlandschaft führt.
O. Hellwig, A. Berger, J.B. Kortright, E.E. Fullerton, „Domain structure and magnetization reversal of antiferromagnetically coupled perpendicular anisotropy films", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 319, no. 1, pp. 13-55, 2007 beschreiben einen synthetischen Antiferromagneten mit senkrechter Anisotropie, basierend auf einer Multilagenstruktur. In Abhängigkeit der Systemparameter wie Anzahl und Dicke der Schichten werden verschiedene magnetische Phasen beobachtet, wie beispielsweise geschichtete antiferromagnetische Zustände oder ferromagnetische Streifendomänen, sowie Mischungen dieser beiden Phasen, insbesondere eine eindimensionale ferromagnetische Phase an der Wand zweier verschiedener antiferromagnetischer Domänen.
Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Struktur, z.B. eine magnetische Streufeld-Struktur zur Verfügung zu stellen, die beispielsweise die effiziente Leitung einer Spinwelle ermöglicht. Von der Aufgabe wird die Angabe eines Verfahrens zum Herstellen einer magnetischen Struktur, beispielsweise einer magnetischen Streufeld-Struktur umfasst.
Eine derartige magnetische Struktur wird durch den Anspruch 1 bereitgestellt. Der Anspruch 13 betrifft ein magnonisches Bauelement mit einer solchen magnetischen Struktur. Ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Struktur, die beispielsweise für ein magnonisches Bauelement verwendbar ist, ergibt sich aus dem Anspruch 14. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Merkmale und Vorteile des offenbarten Gegenstands erschließen sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus den Figuren. Die in den Figuren gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise zueinander maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
Figurenliste

1A-1B zeigen schematische perspektivische Querschnittsdarstellungen magnetischer Strukturen mit synthetischer antiferromagnetischer Schichtstruktur und einer Funktionsschicht gemäß Ausführungsformen ohne und mit Entkopplungsschicht.
2A-2H zeigen schematische Querschnitte durch magnetische Strukturen mit unterschiedlichen vertikalen Magnetisierungsverläufen in zwei benachbarten Teilbereichen gemäß weiteren Ausführungsformen.
3A-3C zeigen schematische Querschnitte durch magnetische Streufeld-Strukturen gemäß Ausführungsformen mit Trägersubstrat und mehr als zwei Teilbereichen.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine magnetische Struktur gemäß einer Ausführungsform mit einer gekrümmten magnetischen Domäne.
5A-5C zeigen schematische Draufsichten auf magnonische Bauelemente mit magnetischen Strukturen gemäß weiteren Ausführungsformen.
6A-6C zeigen schematische Querschnitte magnetischer Strukturen zur Illustration eines Verfahrens zur Herstellung einer magnetischen Struktur auf Basis einer synthetischen antiferromagnetischen Schichtstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.

DETAILBESCHREIBUNG
Gemäß einer Ausführungsform kann eine magnetische Struktur, z.B. eine magnetische Hybrid-Struktur einen synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel mit senkrechter magnetischer Anisotropie und eine magnonische Funktionsschicht aufweisen.
In zumindest Abschnitten des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels liegt eine antiferromagnetische Kopplung zwischen mindestens zwei ferromagnetischen- oder ferrimagnetischen Strukturen vor. Beispielsweise bilden mindestens Abschnitte des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels einen synthetischen Antiferromagneten (Englisch: synthetic antiferromagnet (SAF); Englisch auch: artificial antiferromagnet (AAF)). In anderen Abschnitten des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels kann eine antiferromagnetische Kopplung fehlen.
Der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel kann magnetische Blöcke aufweisen, die jeweils durch eine horizontale nicht-magnetische Trennschicht voneinander getrennt sind. Jeder magnetische Block kann ein ferromagnetischer Block oder ein ferrimagnetischer Block sein. Die Trennschicht (im Folgenden auch: Austauschschicht) ermöglicht eine indirekte magnetische Zwischenlagenaustauschkopplung (Englisch: interlayer exchange coupling (IEC), im Folgenden kurz „Austauschkopplung“) zwischen benachbarten magnetischen Blöcken. Für einen synthetischen Antiferromagneten ist die magnetische Austauschkopplung so eingestellt, dass die magnetische Austauschkopplung eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierung in den beiden von der Austauschschicht separierten magnetischen Blöcken bewirkt.
Der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel kann mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einen zweiten Teilbereich aufweisen. Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich können lateral nebeneinander ausgebildet sein. Beispielsweise erstrecken sich der erste und der zweite Teilbereich nebeneinander jeweils von einer Hauptoberfläche auf der Vorderseite des antiferromagnetischen Schichtstapels bis zur Rückseite des antiferromagnetischen Schichtstapels. Die beiden Teilbereiche können direkt aneinander angrenzen oder z.B. durch eine Domänenwand voneinander getrennt sein.
Der antiferromagnetische Schichtstapel kann eine senkrechte magnetische Anisotropie aufweisen. Mit anderen Worten, die Magnetisierung in ferromagnetischen und/oder ferrimagnetischen Teilschichten des antiferromagnetischen Schichtstapels ist senkrecht zur Hauptoberfläche ausgerichtet und dabei entweder zur Vorderseite hin („aufwärts“) orientiert oder zur Rückseite hin („abwärts“) orientiert. Der erste Teilbereich kann einen vertikalen ersten Magnetisierungsverlauf aufweisen. Der zweite Teilbereich weist einen vertikalen zweiten Magnetisierungsverlauf auf. Mindestens in einem vertikalen Teilabschnitt des antiferromagnetischen Schichtstapels kann sich der erste Magnetisierungsverlauf nach Betrag und/oder Orientierung der Magnetisierung von dem zweiten Magnetisierungsverlauf unterscheiden. Der tiefenabhängige Verlauf der vertikalen magnetischen Anisotropie im ersten Teilbereich kann sich vom Verlauf der vertikalen magnetischen Anisotropie im zweiten Teilbereich unterscheiden. Außerdem kann sich der tiefenabhängige Verlauf der Austauschkopplung im ersten Teilbereich vom tiefenabhängigen Verlauf der Austauschkopplung im zweiten Teilbereich unterscheiden.
Die Funktionsschicht kann auf einer Hauptoberfläche des antiferromagnetischen Schichtstapels ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Funktionsschicht direkt auf dem antiferromagnetischen Schichtstapel aufliegen. Die Funktionsschicht kann durchgehend sein oder Lücken aufweisen. Die Funktionsschicht kann eine homogene Schicht bilden oder mindestens zwei Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen.
Die Funktionsschicht kann weichmagnetisch bzw. in der horizontalen Ebene leicht magnetisierbar sein. Die Funktionsschicht kann ferromagnetisch oder ferrimagnetisch sein.
Der unterschiedliche Verlauf der vertikalen Magnetisierung im ersten Teilbereich und im zweiten Teilbereich kann über der Hauptoberfläche des antiferromagnetischen Schichtstapels ein Streufeld mit einer horizontalen (zur Hauptoberfläche parallelen Komponente) oberhalb eines Übergangs zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich erzeugen. In einem schmalen Abschnitt über und beiderseits des Übergangs weist die Magnetisierung der Funktionsschicht aufgrund der Wechselwirkung mit der horizontalen Komponente des Streufeldes eine relativ starke horizontale Komponente auf. Alternativ oder zusätzlich zur Kopplung über das Streufeld kann die Magnetisierung der Funktionsschicht direkt an die Magnetisierung im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel gekoppelt sein.
Damit kann im betreffenden Abschnitt der Funktionsschicht eine magnetische Domäne mit entsprechender horizontaler Magnetisierung ausgebildet sein, die sich von der umgebenden Magnetisierung der Funktionsschicht unterscheidet. In der magnetischen Domäne kann sich eine Spinwellen-Oberflächenmode ausbreiten. Die Spinwellen-Oberflächenmode weist eine hohe Gruppengeschwindigkeit und somit eine lange Reichweite auf und kann mit hoher Effizienz angeregt werden.
Der horizontale Verlauf der magnetischen Domäne in der Funktionsschicht und damit der Ausbreitungspfad der Oberflächenmode kann durch den Verlauf des Übergangs zwischen erstem und zweitem Teilbereich im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel mit hoher Variabilität festgelegt werden. Beispielsweise kann der Übergang zwischen erstem und zweitem Teilbereich einen in der horizontalen Ebene geraden Abschnitt oder mehrere horizontal gerade Abschnitte aufweisen. Die Mindestlänge eines geraden Abschnitts kann z.B. 5nm, 10nm, 50nm oder 100nm betragen. Benachbarte gerade Abschnitte des Übergangs können durch in der Horizontalen gekrümmte Abschnitte verbunden sein.
Die Funktion des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels, nämlich z.B. die Erzeugung geeigneter Streufelder (programming layer), kann komplett von der Funktion der Funktionsschicht, nämlich dem Transport von Spinwellen (propagation layer), entkoppelt sein. Beide Systeme können getrennt voneinander auf ihre jeweilige Funktion hin optimiert sein. Beispielsweise kann die Funktionsschicht aus einem Material mit möglichst niedriger Dämpfung für Spinwellen ausgebildet sein. Im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel werden keine Spinwellen transportiert, so dass der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel ausschließlich auf die Funktion als „programming layer“ hin ausgelegt werden kann.
Es sind keine weiteren äußeren Magnetfelder erforderlich, um die Magnetisierung für die Spinwellenleitung zu definieren und/oder zu stabilisieren. Beispielsweise kann die Notwendigkeit entfallen, das Magnetfeld zur Spinwellenleitung durch das Magnetfeld eines stromführenden Leiters zu erzeugen bzw. zu stabilisieren. Andrerseits können die magnetischen Domänen im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel durch ein Hilfsmagnetfeld manipulierbar und damit die Spinwellenausbreitung in der Funktionsschicht beeinflussbar bleiben.
Außerhalb ausgewählter Teilbereiche zur Definition der spinwellenleitenden Abschnitte der Funktionsschicht kann die Magnetisierung im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel kompensiert sein, so dass sich zwischen den spinwellenleitenden Abschnitten der Funktionsschicht bzw. den Spinwellenleitern streufeldfreie oder annähernd streufeldfreie Bereiche ergeben.
Anders als eine ferroelektrische Struktur zum Pinnen der Domänen im Spinwellenleiter kann der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel aus nicht-einkristallinem Material ausgebildet werden, beispielsweise aus polykristallinen oder amorphen Materialien.
Anders als die Erzeugung von Streufeldlandschaften mittels Ionenbestrahlung eines Exchange-Bias-Systems lässt sich die vertikale Magnetisierung des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels lokal auch ohne Anlegen eines äußeren Magnetfeldes oder Orientierungswechsel eines äußeren Magnetfelds während der Ionenbestrahlung gezielt manipulieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann die magnetische Struktur eine Entkopplungsschicht aufweisen. Die Entkopplungsschicht kann auf der horizontalen Hauptoberfläche auf der Vorderseite des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels ausgebildet sein und die Funktionsschicht vom antiferromagnetischen Schichtstapel separieren. Die Entkopplungsschicht kann durchgehend sein oder Lücken aufweisen und kann direkt auf dem synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel aufliegen. Die Entkopplungsschicht kann eine homogene Schicht bilden oder mindestens zwei Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen.
Die Entkopplungsschicht kann eine direkte ferromagnetische und/oder antiferromagnetische Kopplung zwischen der Oberseite des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels und der Unterseite der Funktionsschicht weitgehend oder vollständig unterdrücken.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Magnetisierung im ersten Teilbereich vertikal vollständig kompensiert sein oder dem Betrag nach maximal beispielsweise 10% der vertikalen zweiten Magnetisierung im zweiten Teilbereich betragen. Ausgehend von einem vertikal kompensierten synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel lässt sich eine solche magnetische Struktur mit relativ wenig Aufwand allein durch Modifikationen im zweiten Teilbereich erzeugen.
Außerhalb ausgewählter Teilbereiche zur Definition der spinwellenleitenden Abschnitte der Funktionsschicht kann die Magnetisierung im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel kompensiert sein, so dass Bereiche zwischen den spinwellenleitenden Abschnitten der Funktionsschicht bzw. den Spinwellenleitern frei oder annähernd frei von Streufeldern mit horizontaler Komponente sind.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Funktionsschicht ein weichmagnetisches Material aufweisen oder vollständig aus weichmagnetischem Material bestehen und/oder zumindest horizontal leicht magnetisierbar sein. Die Koerzitivfeldstärke der Funktionsschicht kann beispielsweise weniger als 1kA/m betragen. Das Produkt aus Magnetisierung und Schichtdicke der Funktionsschicht kann kleiner sein als das Produkt aus Magnetisierung und Schichtdicke des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels. Beispielsweise kann das Produkt aus Magnetisierung und Schichtdicke der Funktionsschicht maximal 50% des Produkts aus Magnetisierung und Schichtdicke des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels betragen.
Die Funktionsschicht kann metallische Werkstoffe und/oder keramische Werkstoffe enthalten. Nach einem Ausführungsbeispiel enthält die Funktionsschicht Eisen (Fe), Kobalt (Co) und/oder Nickel (Ni). Beispielsweise weist die Funktionsschicht eine eisenhaltige oder eine nicht-eisenhaltige Legierung aus mindestens zwei der Elemente Fe, Co und Ni auf, also NiFe, CoFe, CoNi oder FeCoNi, z.B. Permalloy (Ni₈₀Fe₂₀) oder ein Mu-Metall, z.B. Ni₇₇Fe₁₆Cr₅(Co/Mo)₂. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Funktionsschicht aus einer Schicht aus Yttrium-Eisengranat bestehen oder eine solche aufweisen.
Die Funktionsschicht kann unstrukturiert sein, wobei ein Spinwellenleiter allein durch eine horizontal magnetisierte Domäne oberhalb des Übergangs zwischen Bereichen mit unterschiedlichen vertikalen Magnetisierungsverläufen im unterliegenden synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel ausgebildet sein kann und wobei benachbarte Spinwellenleiter durch streufeldfreie Bereiche und/oder Domänen mit signifikanter vertikaler Magnetisierungskomponente voneinander lateral beabstandet sein können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Entkopplungsschicht ein diamagnetisches Material, ein paramagnetisches Material und/oder ein antiferromagnetisches Material aufweisen.
Eine Mindestschichtdicke der Entkopplungsschicht kann mindestens 1nm, bspw. mindestens 2nm betragen. Eine Maximalschichtdicke der Entkopplungsschicht kann weniger als 20nm, beispielsweise 5nm betragen. Nach einer Ausführungsform ist die Entkopplungsschicht nicht-ferromagnetisch und nicht-ferrimagnetisch. Beispielsweise kann die Entkopplungsschicht eine Schicht aus Kupfer oder eine Schicht aus einem elektrischen Isolator, bspw. einem Siliziumoxid, einem Siliziumnitrid, oder einem Siliziumoxinitrid aufweisen oder aus einer solchen bestehen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel zwei oder mehr magnetische Blöcke und eine oder mehrere Austauschschichten aufweisen. Zwischen zwei magnetischen Blöcken ist dabei jeweils eine Austauschschicht angeordnet, die in einem ungestörten Grundzustand die zwei angrenzenden magnetischen Blöcke antiferromagnetisch koppelt.
Die Austauschschicht kann beispielsweise nicht-ferromagnetisch und nicht-ferrimagnetisch sein. Beispielsweise ist die Austauschschicht diamagnetisch, paramagnetisch oder intrinsisch antiferromagnetisch. Die Austauschschicht kann eine homogene Schicht bilden oder zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die Austauschschicht kann aus einem elektrisch isolierenden Material sein, beispielsweise Nickel(II)-oxid NiO oder ein solches aufweisen. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Austauschschicht Ruthenium, Kupfer und/oder Iridium aufweisen oder daraus bestehen. Die Schichtdicke der Austauschschicht kann weniger als 2nm, beispielsweise weniger als 1nm betragen. Die Schichtdicke kann maximal 5nm betragen und ist im Übrigen so bemessen, dass es zu einer hinreichend starken antiferromagnetischen Kopplung zwischen den beiden benachharten magnetischen Blöcken kommt. Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Schichtdicke so bemessen sein, dass sich eine möglichst starke antiferromagnetische Kopplung einstellt.
Die Austauschschicht kann in einem ungestörten Grundzustand beispielsweise durch Quanteninterferenz eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen den beiden benachbarten magnetischen Blöcken bewirken. Die antiferromagnetische Kopplung führt dazu, dass in einem Grundzustand benachbarte magnetische Blöcke Magnetisierungen mit alternierender vertikaler Orientierung aufweisen.
Die Anzahl der magnetischen Blöcke kann geradzahlig oder ungeradzahlig sein. Beispielsweise beträgt die Anzahl der magnetischen Blöcke mindestens 2, 3, 4 oder 6.
Durch lokale Modifikation können Abschnitte der Austauschschicht gezielt vom ungestörten Grundzustand in einen gestörten Zustand übergeführt werden, in dem der Grad und/oder das Vorzeichen der Austauschkopplung zwischen zwei magnetischen Blöcken modifiziert wird. Beispielsweise wird die antiferromagnetische Kopplung zweier magnetischer Blöcke lokal erhöht, lokal geschwächt, gelöst, oder in eine ferromagnetische Kopplung umgewandelt. Mit der Anzahl der magnetischen Blöcke kann die Anzahl der Modifikationsmöglichkeiten für die Magnetisierung in einem modifizierten Teilbereich des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels und/oder die Robustheit der Anordnung gegen äußere Magnetfelder erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann in mindestens einem der magnetischen Blöcke die Orientierung der ersten Magnetisierung im ersten Teilbereich der Orientierung der zweiten Magnetisierung im zweiten Teilbereich nahezu entgegengesetzt sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann im zweiten Teilbereich die Austauschkopplung zwischen zwei magnetischen Blöcken schwächer antiferromagnetisch sein als zwischen den zwei magnetischen Blöcken im ersten Teilbereich. Beispielsweise kann im zweiten Teilbereich keine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen den zwei magnetischen Blöcken vorliegen oder es kann eine ferromagnetische Austauschkopplung zwischen den zwei magnetischen Blöcken vorliegen. Die laterale Variation der Austauschkopplung z.B. in einer ansonsten vertikal kompensierten antiferromagnetischen Schichtstruktur ermöglicht die Erzeugung eines Streufelds sowie die laterale Modulation des horizontalen Anteils des Streufelds in der Funktionsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann im zweiten Teilbereich eine Grenzflächendurchmischung zwischen der Austauschschicht und einem der zwei benachbarten magnetischen Blöcke oder beiden benachbarten magnetischen Blöcken größer sein als im ersten Teilbereich.
Dabei sind im zweiten Teilbereich Atome des Materials der Austauschschicht in größerem Umfang in den angrenzenden magnetischen Block verschoben und/oder Atome des Materials des magnetischen Blocks in größerem Umfang in die Austauschschicht verschoben als im ersten Teilbereich. Der Grad der Grenzflächendurchmischung kann Stärke und/oder Vorzeichen der Austauschkopplung zwischen zwei benachbarten magnetischen Blöcken beeinflussen. Beispielsweise kann die Erhöhung der Rauigkeit einer der beiden Grenzflächen oder beider Grenzflächen der Austauschschicht ähnlich einer Abnahme der Schichtdicke der Austauschschicht wirken.
Die Grenzflächendurchmischung kann beispielsweise einen Wert annehmen, bei dem sich keine oder eine nur geringe antiferromagnetische Kopplung zwischen den beiden angrenzenden magnetischen Blöcken einstellt, oder einen Wert bei dem es zu einer ferromagnetischen Kopplung zwischen den beiden angrenzenden magnetischen Blöcken kommt oder einen Wert, bei dem es zu einer horizontalen Magnetisierung in den beiden angrenzenden magnetischen Blöcken kommt. Die laterale Variation der Grenzflächendurchmischung z.B. in einer ansonsten vertikal kompensierten antiferromagnetischen Schichtstruktur ermöglicht die Erzeugung eines Streufeldes sowie eine laterale Modulation des horizontalen Anteils des Streufelds in der Funktionsschicht.
Die magnetischen Blöcke können homogene Strukturen sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die magnetischen Blöcke jeweils zwei oder mehr magnetische Schichten und eine oder mehr Zwischenschichten aufweisen, wobei jeweils eine Zwischenschicht zwischen zwei magnetischen Schichten angeordnet ist. Jede Zwischenschicht kann so ausgelegt werden, dass in mindestens einer der beiden angrenzenden magnetischen Schichten eine grenzflächenorientierte senkrechte magnetische Anisotropie vorliegt.
Jede magnetische Schicht kann eine ferromagnetische Schicht oder eine ferrimagnetische Schicht sein und kann eine homogene Schicht bilden oder zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlichem Gefüge oder mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen. Die Schichtdicke der magnetischen Schichten kann weniger als 2nm, beispielsweise weniger als 1nm betragen. Die magnetischen Schichten können weichmagnetisch sein und können beispielsweise Kobalt (Co), Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) aufweisen.
Die Zwischenschicht kann texturiertes oder polykristallines Material aufweisen oder kann ausschließlich aus texturiertem oder polykristallinem Material bestehen. Die Zwischenschicht kann beispielsweise die magnetischen Momente in den an die Zwischenschicht angrenzenden magnetischen Schichten vertikal ausrichten. Die Zwischenschicht kann eine metallische Schicht aufweisen oder ausschließlich metallisch sein. Die Zwischenschicht kann eine homogene Schicht bilden oder zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlichem Gefüge und/oder unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen. Die Schichtdicke der Zwischenschicht kann weniger als 2nm, beispielsweise weniger als 1nm betragen. Beispielsweise weist die Zwischenschicht Nickel (Ni), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) auf oder kann aus einem oder mehreren der genannten Elemente bestehen.
Nach einer Ausführungsform können die Atome der Zwischenschicht schwerer sein als die Atome der Austauschschicht. Beispielsweise enthält die Zwischenschicht Platin (Pt) und die Austauschschicht Ruthenium (Ru), so dass sich im Fall einer Modifikation mittels Ionenbestrahlung ein größerer Impulsübertrag an die Atome der Austauschschicht ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform kann im zweiten Teilbereich die grenzflächenorientierte senkrechte magnetische Anisotropie in einem magnetischen Block in Summe geringer sein als im gleichen magnetischen Block im ersten Teilbereich. Beispielsweise kann im zweiten Teilbereich eine Grenzflächendurchmischung zwischen einer magnetischen Schicht und einer Zwischenschicht größer sein als im ersten Teilbereich. Die laterale Variation der senkrechten magnetischen Anisotropie in einem magnetischen Block einer zunächst vertikal magnetisierten und kompensierten antiferromagnetischen Schichtstruktur ermöglicht ebenfalls die Erzeugung eines Streufeldes und die laterale Modulation des horizontalen Anteils des Streufelds in der Funktionsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform kann in der Funktionsschicht eine magnetische Domäne mit Domänenlängswänden ausgebildet sein. Die Domänenlängswände können parallel zu einem Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich verlaufen. Die magnetische Domäne weist eine nahezu oder vollständig horizontale Magnetisierung parallel zur Hauptoberfläche des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels und quer zum Übergang auf. Der Abstand zwischen den Domänenlängswänden kann kleiner sein als eine horizontale Ausdehnung des Übergangs zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich.
Die magnetische Domäne kann als Spinwellenleiter und die Domänenlängswände können als seitliche Begrenzung des Spinwellenleiters aufgefasst werden. In der magnetischen Domäne kann eine Spinwellen-Oberflächenmode parallel zum Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich geführt werden.
Eine weitere Strukturierung der Funktionsschicht in streifenförmige Abschnitte zur Spinwellenleitung kann entfallen. Die Funktionsschicht kann daher ohne weiteres aus Materialien gebildet sein, deren Strukturierung hohen Aufwand erfordert. Beispielsweise kann die Funktionsschicht aus vergleichsweise ätzresistenten Materialien bestehen oder solche aufweisen. Beispielsweise kann die Funktionsschicht aus YIG (yttrium iron garnet; Deutsch: Yttrium-Eisen-Granat) bestehen oder YIG enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel eine Krümmung in der horizontalen Ebene aufweisen. Die Domänenlängswände in der Funktionsschicht folgen der Krümmung. Die Spinwelle folgt der Krümmung im Spinwellenleiter zwischen den beiden Domänenlängswänden. Die Spinwelle kann ohne äußeres magnetisches Feld die Richtung wechseln, wodurch es z.B. möglich wird, eine Spinwelle an beliebige Punkte eines magnonischen Bauelements zu führen.
Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein magnonisches Bauelement mit einer magnetischen Struktur wie oben beschrieben. Das magnonische Bauelement kann eine Kopplungsstruktur aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Spinwelle in die magnetische Domäne einzuspeisen bzw. eine Spinwelle in der magnetischen Domäne anzuregen. Beispielsweise ist die Kopplungsstruktur eine Antenne, die oberhalb der Hauptoberfläche angeordnet ist und zur Abgabe eines elektromagnetischen Signals mit einer Frequenz größer 1GHz eingerichtet ist.
Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Struktur. Ein synthetischer antiferromagnetischer Schichtstapel mit senkrechter magnetischer Anisotropie wird bereitgestellt, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweisen kann.
Der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel kann ein magnetisch kompensierter antiferromagnetischer Schichtstapel mit mehreren, vertikal übereinander angeordneten magnetischen Blöcken sein, deren vertikale Magnetisierung sich in Summe kompensiert.
Der zweite Teilbereich kann mit einem Ionenstrahl beaufschlagt und durch den Ionenstrahl modifiziert werden. Die Ionen des Ionenstrahls können Ionen geringer Masse, beispielsweise Ionen mit geringerer oder gleicher Masse wie Galliumionen sein, zum Beispiel Heliumionen oder Neonionen. Der Ionenstrahl erhöht selektiv im zweiten Teilbereich eine Grenzflächendurchmischung entlang mindestens einer Grenzfläche im antiferromagnetischen Schichtstapel.
Die Grenzfläche weist einen ersten Abschnitt im ersten Teilbereich des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels und einen zweiten Abschnitt im zweiten Teilbereich des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels auf. Die Ionen des Ionenstrahls wechselwirken mit Atomen an der Grenzfläche zwischen zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Beispielsweise verschieben bei nicht zu hohen Fluenzen eines Ionenstrahls mit ausreichend leichten Ionen die Ionen des Ionenstrahls Atome der einen Schicht um Distanzen im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise weniger Zehntel-Nanometer, in die andere Schicht. Die Modifikation durch den Ionenstrahl erhöht die Grenzflächendurchmischung im zweiten Abschnitt. Im ersten Abschnitt bleibt die Grenzflächendurchmischung unverändert.
Der Ionenstrahl kann als fokussierter Ionenstrahl selektiv im zweiten Teilbereich über eine unmaskierte Hauptoberfläche beispielsweise auf der Vorderseite des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels geführt werden (Ionenstrahlschreiben; Englisch: focussed ion beam, FIB). Alternativ kann der zweite Abschnitt der Grenzfläche durch einen maskierten Ionenstrahl bestrahlt werden (Englisch: masked ion beam, MIB), wobei beispielsweise auf der Hauptoberfläche eine Implantationsmaske aufliegt. Die Implantationsmaske bedeckt den ersten Teilbereich und weist eine Öffnung über dem zweiten Teilbereich auf.
Der Ionenstrahl kann im zweiten Teilbereich den zweiten Abschnitt genau einer Grenzfläche modifizieren oder zweite Abschnitte von zwei oder mehr Grenzflächen. Im modifizierten Abschnitt kann die Grenzfläche oder eine der beiden Schichten, die die Grenzfläche ausbilden, eine Eigenschaft verlieren, die die Magnetisierung in einer angrenzenden Schicht beeinflusst.
Die Magnetisierung im zweiten Teilbereich kann nach Betrag und/oder Orientierung von der Magnetisierung im ersten Teilbereich abweichen. Beispielsweise ist die Magnetisierung im ersten Teilbereich vollständig oder nahezu vollständig kompensiert und ist die Magnetisierung im zweiten Teilbereich nichtkompensiert oder gegenüber der Magnetisierung im ersten Teilbereich invertiert.
Das Verfahren ermöglicht das Erzeugen von strukturierten, nicht-flüchtigen magnetischen Strukturen mit horizontalen Abmessungen im Bereich weniger Mikrometer hinunter bis zu wenigen Nanometern auf einer Unterlage mit vergleichsweise stabiler Magnetisierung und in einer ansonsten streufeldarmen Umgebung.
Die magnetischen Strukturen können beispielsweise magnetische Streufeldlandschaften mit horizontaler Magnetisierung oberhalb eines Übergangs zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich in einer Umgebung ohne Streufelder oder ohne Streufelder mit signifikanter horizontaler Komponente erzeugen. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann der antiferromagnetische Schichtstapel im zweiten Teilbereich weitere, definierte Streufelder aufweisen. Beispielsweise kann zumindest ein Block des antiferromagnetischen Schichtstapels im zweiten Teilbereich Streifendomänen mit überwiegend vertikaler Magnetisierung und mit lateral alternierender Orientierung aufweisen, wobei die Orientierung der Magnetisierung in der vertikalen Richtung wechselt. Beispielsweise kann so ein zweiter Teilbereich mit weiteren, definierten Streufeldern vorliegen, wenn die Breite des zweiten Teilbereiches größer als die doppelte natürliche Domänenbreite ist. Dabei wird die natürliche Domänenbreite durch die vertikale Anisotropie, sowie die Dicke und Magnetisierung derjenigen Blöcke des antiferromagnetischen Schichtstapels definiert, welche die lateral alternierende Orientierung aufweisen. Beispielsweise kann die Breite eines solchen zweiten Teilbereiches mindestens 50 nm betragen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel magnetische Blöcke und eine Austauschschicht aufweisen. Die Austauschschicht ist zwischen zwei magnetischen Blöcken angeordnet und ermöglicht eine antiferromagnetische Kopplung der zwei magnetischen Blöcke. Die Austauschschicht und eine der zwei magnetischen Blöcke können eine Grenzfläche bilden, deren zweiter Abschnitt im zweiten Teilbereich mit einem Ionenstrahl modifiziert wird. Bei ausreichend hoher Grenzflächendurchmischung kann die Austauschschicht die Eigenschaft verlieren, benachbarte magnetische Blöcke antiferromagnetisch zu koppeln. Die Ionenbestrahlung kann die antiferromagnetische Kopplung zwischen den zwei magnetischen Blöcken leicht erhöhen, schwächen, lösen, oder in eine ferromagnetische Kopplung wandeln. Mit der Bestrahlung nur einer Grenzfläche kann im zweiten Teilbereich der vertikale Magnetisierungsverlauf geändert, beispielsweise die vertikale Magnetisierung dem Betrag nach um die Sättigungsmagnetisierung von zwei magnetischen Blöcken gegenüber der Magnetisierung im ersten Teilbereich verstimmt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann mindestens einer der magnetischen Blöcke ferro- oder ferrimagnetische Schichten und eine Zwischenschicht aufweisen, wobei die Zwischenschicht zwischen zwei solchen magnetischen Schichten angeordnet ist. Die Zwischenschicht und eine der zwei magnetischen Schichten können eine Grenzfläche bilden, deren zweiter Abschnitt im zweiten Teilbereich mit einem Ionenstrahl beaufschlagt und modifiziert wird.
Die Ionenbestrahlung kann die senkrechte magnetische Grenzflächenanisotropie (Englisch: interface-induced perpendicular magnetic anisotropy (PMA)) zwischen der Zwischenschicht und mindestens einer der zwei angrenzenden magnetischen Schichten reduzieren, so dass in der betreffenden magnetischen Schicht die magnetischen Dipole in geringerem Maß vertikal ausgerichtet sind. Mit der Bestrahlung kann im zweiten Teilbereich der Betrag der resultierenden vertikalen Magnetisierung eingestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Entkopplungsschicht auf einer Hauptoberfläche des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels ausgebildet werden. Auf der Entkopplungsschicht kann eine Funktionsschicht aufgebracht werden. Die Funktionsschicht kann leichter magnetisierbar sein als die Entkopplungsschicht. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Funktionsschicht direkt auf der Hauptoberfläche ausgebildet werden.
Das Streufeld des abschnittsweise ungestörten und abschnittsweise modifizierten synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels kann in der Funktionsschicht ein Domänenmuster erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann in der Funktionsschicht ein Domänenmuster durch direkte Kopplung an den abschnittsweise ungestörten und abschnittsweise modifizierten synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels erzeugt werden.
Das Domänenmuster kann über einem Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eine magnetische Domäne mit stabiler horizontaler Magnetisierung aufweisen. In der magnetischen Domäne mit horizontaler Magnetisierung kann eine Spinwellen-Oberflächenmode transportiert werden. Die magnetische Domäne kann mittels eines weiteren Magnetfelds manipuliert werden, beispielsweise indem die Domänen des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels durch das Magnetfeld manipuliert werden, womit z.B. die Streufeldlandschaft moduliert wird.
Die folgende detaillierte Beschreibung nimmt auf die begleitenden Figuren Bezug und bildet zusammen mit den Figuren einen Teil der Offenbarung, in der zur Veranschaulichung auf spezifische Ausführungsbeispiele für eine magnetische Struktur, für ein magnonisches Bauelement und für ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Struktur eingegangen wird. Neben den zeichnerisch dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen gibt es weitere Ausführungsbeispiele. An den zeichnerisch dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen sind strukturelle und/oder logische Änderungen möglich, ohne dass dabei von dem durch die Patentansprüche Definierten abgewichen wird. Insbesondere können Merkmale von im Folgenden zeichnerisch dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Merkmalen von anderen der zeichnerisch dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die 1A zeigt eine magnetische Struktur 510 basierend auf einer synthetischen antiferromagnetischen Schichtstruktur 100 mit vertikaler magnetischer Anisotropie. Abgesehen von fertigungsbedingten Unebenheiten und materialbedingter Rauigkeit kann eine Hauptoberfläche 101 auf einer Vorderseite der synthetischen antiferromagnetischen Schichtstruktur 100 eben und planar sein. Die Hauptoberfläche 101 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer horizontalen Ebene.
Die synthetische antiferromagnetische Schichtstruktur 100 mit vertikaler magnetischer Anisotropie wird im Folgenden vereinfachend als synthetischer Antiferromagnet (SAF) aufgefasst und als solcher bezeichnet.
Der SAF 100 weist N magnetische Blöcke 130 und (N-1) Austauschschichten 140 auf. Magnetische Blöcke 130 und Austauschschichten 140 wechseln sich in vertikaler Richtung ab. Jede Austauschschicht 140 ist zwischen zwei benachbarten magnetischen Blöcken 130 angeordnet und trennt die beiden benachbarten magnetischen Blöcke 130 voneinander. Die Anzahl N der magnetischen Blöcke 130 ist mindestens zwei. Beispielsweise gilt 4 ≤ N ≤ 50 oder 4 ≤ N ≤ 25.
Jeder magnetische Block 130 weist eine Magnetisierung auf. In jedem magnetischen Block 130 kann die Magnetisierung entlang einer oder entlang zweier zueinander orthogonaler horizontalen Richtungen wechseln. In mindestens einem horizontalen Abschnitt eines jeden magnetischen Blocks 130 ist die Magnetisierung vertikal. Beispielsweise tragen mindestens 30%, z.B. mindestens 50% der horizontalen Querschnittsfläche eines jeden magnetischen Blocks 130 eine vertikale Magnetisierung. Eine vertikale Magnetisierung kann zur Vorderseite („nach oben“) oder zur Rückseite des SAFs 100 („nach unten“) gerichtet sein.
Jeder magnetische Block 130 kann als homogene Schicht ausgebildet sein. Alternativ dazu können einzelne oder alle magnetischen Blöcke 130 als geschichtete Ferro- oder Ferrimagneten ausgebildet sein.
In 1A weist jeder magnetische Block 130 M_n magnetische Schichten 131 und (M_n-1) Zwischenschichten 132 auf. Jede der magnetischen Schichten 131 ist ferromagnetisch oder ferrimagnetisch. Magnetische Schichten 131 und Zwischenschichten 132 wechseln sich in vertikaler Richtung ab. Jede Zwischenschicht 132 ist zwischen zwei benachbarten magnetischen Schichten 131 angeordnet und trennt die beiden benachbarten magnetischen Schichten 131 voneinander. Die Anzahl M_n der magnetischen Schichten 131 pro magnetischen Block 130 beträgt mindestens zwei. Beispielsweise gilt 4 ≤ M_n ≤ 20.
Die Anzahl M_n der magnetischen Schichten 131 kann für jeden n-ten der N magnetischen Blöcke 130 eine andere sein. Alternativ können jeweils immer mindestens zwei magnetische Blöcke 130 die gleiche Anzahl M_n an magnetischen Schichten 131 aufweisen. Beispielsweise weisen alle magnetischen Blöcke 130 die gleiche Anzahl M an magnetischen Schichten 131 auf. Nach einem anderen Beispiel weisen der erste und der letzte (der oberste und der unterste) magnetische Block 130 jeweils halb so viel magnetische Schichten 131 auf wie die restlichen magnetischen Blöcke 130.
Jede magnetische Schicht 131 kann als homogene Schicht ausgebildet sein oder zwei oder mehr Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die magnetische Schicht 131 ist beispielsweise weichmagnetisch, z.B. weich-ferromagnetisch oder weich-ferrimagnetisch. Beispielsweise beträgt die Koerzitivfeldstärke der magnetischen Schicht 131 höchstens 1kA/m, z.B. höchstens 200A/m. Die magnetische Schicht 131 kann aus einer eisenhaltigen Schicht bestehen, eine eisenhaltige Schicht als Teilschicht aufweisen oder weist kein Eisen auf. Die magnetische Schicht 131 kann beispielsweise aus unlegiertem Kobalt (Co), unlegiertem Eisen (Fe), aus Eisen mit geringem (<5%) Siliziumanteil (FeSi), aus einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe), einer Kobalt-Eisen-Legierung (CoFe) oder einer Aluminium-Eisen-Legierung (FeAl) bestehen. Die Schichtdicke d4 der magnetischen Schicht 131 beträgt beispielsweise mindestens 0,1nm und höchstens 5nm.
Material, Gefüge und Schichtdicke d5 der Zwischenschicht 132 sind so gewählt, dass sich in einem ansonsten ungestörten Grundzustand der Zwischenschicht 132 eine grenzflächenorientierte senkrechte Anisotropie der Magnetisierung in mindestens einer der beiden benachbarten magnetischen Schichten 131 einstellen kann. Die Zwischenschicht 132 kann als homogene Schicht ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Zwischenschicht 132 zwei oder mehr Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die Zwischenschicht 132 kann aus einem Metall bestehen oder zumindest Metallatome aufweisen. Beispielsweise weist die Zwischenschicht 132 Nickel (Ni), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) auf. Das Gefüge der Zwischenschicht 132 kann polykristallin sein. Die Schichtdicke d5 der Zwischenschicht 132 beträgt beispielsweise mindestens 0,2nm und höchstens 5nm.
Jede Zwischenschicht 132 kann einen horizontalen ersten Abschnitt und einen horizontalen zweiten Abschnitt aufweisen. Im ersten Abschnitt weist die Zwischenschicht 132 einen ungestörten Grundzustand auf, in dem sich eine grenzflächenorientierte senkrechte Anisotropie der Magnetisierung in mindestens einer der beiden benachbarten magnetischen Schichten 131 einstellt. Im zweiten Abschnitt weist mindestens eine Zwischenschicht 132 einen gestörten Zustand auf, in dem sich in mindestens einer der beiden benachbarten magnetischen Schichten 131 eine veränderte, beispielsweise eine signifikant geringere grenzflächenorientierte senkrechte Anisotropie der Magnetisierung einstellt als im ersten Abschnitt. Der erste Abschnitt umfasst mindestens 30%, z.B. mindestens 50% der gesamten horizontalen Querschnittsfläche der Zwischenschicht 132. Beispielsweise weist die Zwischenschicht 132 im zweiten Abschnitt ein höheres Maß an Grenzflächendurchmischung auf. Entlang einer Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht 132 und einer angrenzenden magnetischen Schicht 131 liegt eine quantitativ höhere Durchmischung von Bestandteilen der Zwischenschicht 132 und der magnetischen Schicht 131 vor.
Material, Gefüge und Schichtdicke d3 der Austauschschicht 140 sind so gewählt, dass sich in einem ungestörten Grundzustand eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen den beiden benachbarten magnetischen Blöcken 130 einstellen kann. Die Austauschschicht 140 kann als homogene Schicht ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Austauschschicht 140 zwei oder mehr Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die Austauschschicht 140 ist beispielsweise weder ferromagnetisch noch ferrimagnetisch. Beispielsweise ist die Austauschschicht 140 diamagnetisch, paramagnetisch oder intrinsisch antiferromagnetisch. Die Austauschschicht 140 kann aus einem Metall bestehen oder zumindest Metallatome aufweisen. Beispielsweise weist die Austauschschicht 140 Ruthenium (Ru), Kupfer (Cu) und/oder Iridium (Ir) auf. Nach einem anderen Beispiel besteht die Austauschschicht 140 vollständig oder teilweise aus intrinsisch antiferromagnetischem Nickel(II)-oxid (NiO). Eine Schichtdicke d3 der Austauschschicht 140 beträgt beispielsweise mindestens 0,2nm und höchstens 5nm.
Jede Austauschschicht 140 kann einen horizontalen ersten Abschnitt und einen horizontalen zweiten Abschnitt aufweisen. Im ersten Abschnitt weist die Austauschschicht 140 einen ungestörten Grundzustand auf, in dem sich eine antiferromagnetische Kopplung zwischen den beiden benachbarten magnetischen Blöcken 130 einstellt. Im zweiten Abschnitt kann die Austauschschicht 140 einen gestörten Zustand aufweisen, in dem sich eine veränderte, beispielsweise keine oder eine hinreichend reduzierte antiferromagnetische Kopplung zwischen den beiden benachbarten magnetischen Blöcke 130 einstellt. Der erste Abschnitt umfasst mindestens 30%, z.B. mindestens 50% der horizontalen Querschnittsfläche der Austauschschicht 140. Beispielsweise weist die Austauschschicht 140 im zweiten Abschnitt ein höheres Maß an Grenzflächendurchmischung auf. Entlang einer Grenzfläche zwischen der Austauschschicht 140 und einem angrenzenden magnetischen Block 130 liegt eine quantitativ höhere Durchmischung von Bestandteilen der Austauschschicht 140 und dem magnetischen Block 130 vor.
Auf der Hauptoberfläche 101 des SAFs 100 ist eine Funktionsschicht 300 ausgebildet. Die Funktionsschicht 300 kann direkt auf dem SAF 100 ausgebildet sein.
Die Funktionsschicht 300 kann als homogene Schicht ausgebildet sein oder zwei oder mehr Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die Funktionsschicht 300 ist beispielsweise weichmagnetisch, z.B. weich-ferromagnetisch oder weich-ferrimagnetisch. Beispielsweise beträgt die Koerzitivfeldstärke der Funktionsschicht 300 höchstens 1kA/m, z.B. höchstens 200A/m. Die Funktionsschicht 300 kann eine vergleichsweise geringe Spinwellendämpfung aufweisen. Die Funktionsschicht 300 kann aus einer eisenhaltigen Schicht bestehen oder eine eisenhaltige Schicht als Teilschicht aufweisen. Die eisenhaltige Schicht kann beispielsweise aus unlegiertem Eisen (Fe), aus Eisen mit geringem (<5%) Siliziumanteil (FeSi), aus einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe), einer Kobalt-Eisen-Legierung (CoFe, CoFeB), oder einer Aluminium-Eisen-Legierung (FeAl) bestehen. Beispielsweise besteht die eisenhaltige Schicht aus einem Mu-Metall, aus Permalloy (Ni₈₀Fe₂₀) oder aus einem Yttrium-Eisengranat (YIG, Y₃Fe₂ (FeO₄)₃). Eine Schichtdicke d1 der Funktionsschicht 300 beträgt beispielsweise mindestens 2nm und höchstens 50nm. Die Funktionsschicht 300 kann strukturiert oder unstrukturiert sein.
Der SAF 100 weist einen ersten Teilbereich 110 und einen zweiten Teilbereich 120 auf. Der erste Teilbereich 110 und der zweite Teilbereich 120 erstrecken sich jeweils in vertikaler Richtung von der Hauptoberfläche 101 bis zur Rückseite des SAFs 100. Der erste Teilbereich 110 und der zweite Teilbereich 120 liegen lateral nebeneinander, z.B. direkt nebeneinander. Beispielsweise bilden der erste Teilbereich 110 und der zweite Teilbereich 120 einen vertikalen oder annähernd vertikalen Übergang 115.
In mindestens einem vertikalen Teilabschnitt unterscheidet sich der vertikale Magnetisierungsverlauf im zweiten Teilbereich 120 nach Betrag und/oder Orientierung von dem vertikalen Magnetisierungsverlauf im ersten Teilbereich.
Im Ausführungsbeispiel der 1A ist der erste Teilbereich 110 vollständig oder nahezu vollständig kompensiert. Die vertikale Magnetisierung M1 im ersten Teilbereich 110 ist in Summe 0 oder nahezu 0 und beträgt z.B. nur einen Bruchteil (maximal 1%) der Magnetisierung des dünnsten magnetischen Blocks 130 im Sättigungszustand. Die Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 beträgt z.B. mindestens 50% der Magnetisierung des dünnsten magnetischen Blocks 130 im Sättigungszustand.
Der zweite Teilbereich 120 kann durch die oben erwähnten zweiten Abschnitte einer oder mehrerer Austauschschichten 140 definiert sein. In den zweiten Abschnitten ist die antiferromagnetische Kopplungswirkung der betreffenden Austauschschicht 140 modifiziert, beispielsweise reduziert oder fehlt zwischen zwei magnetischen Blöcken 130, zwischen mehr als zwei magnetischen Blöcken 130 oder zwischen allen magnetischen Blöcken 130. Im zweiten Teilbereich 120 weist die Magnetisierung mindestens eines der magnetischen Blöcke 130 eine andere Richtung auf als im ersten Teilbereich 110. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilbereich 120 nicht vollständig kompensiert.
Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Teilbereich 120 durch die oben erwähnten zweiten Abschnitte einer oder mehrerer Zwischenschichten 132 definiert werden. In den zweiten Abschnitten ist die Wirkung der betreffenden Zwischenschicht 132 auf die senkrechte Orientierung der Magnetisierung in mindestens einer der angrenzenden magnetischen Schichten 131 reduziert oder fehlt. Im zweiten Teilbereich 120 kann ein entsprechender Abschnitt eines magnetischen Blocks 130 eine geringere Magnetisierung in vertikaler Richtung aufweisen als im ersten Teilbereich 110. Der zweite Teilbereich 120 ist nicht vollständig kompensiert.
Über dem nicht oder nicht vollständig kompensierten zweiten Teilbereich 120 tritt ein magnetisches Streufeld aus. Das Streufeld ist direkt über dem Übergang 115 horizontal orientiert. Das magnetische Streufeld magnetisiert einen Abschnitt der Funktionsschicht 300 über und beiderseits des Übergangs 115. In der Funktionsschicht 300 bildet sich dabei eine magnetische Domäne 350. Zwei einander gegenüberliegende Domänenlängswände 351, 352 verlaufen parallel oder annähernd parallel zum Übergang 115. Die magnetische Domäne 350 ist horizontal und quer zum Übergang 115 magnetisiert. Die magnetische Domäne 350 bildet einen Spinwellenleiter für eine Oberflächenmode, die entlang einer horizontalen Längsachse der magnetischen Domäne 350 zwischen den zwei Domänenlängswänden 351, 352 transportiert wird.
In 1B ist auf der Hauptoberfläche 101 des SAFs 100 eine Entkopplungsschicht 200 ausgebildet, die die Funktionsschicht 300 vom SAF 100 trennt.
Material, Gefüge und Schichtdicke d2 der Entkopplungsschicht 200 sind so gewählt, dass sich keine oder eine nur geringe direkte magnetischen Kopplung zwischen dem SAF 100 und der Funktionsschicht 300 einstellen kann. Die Entkopplungsschicht 200 kann als homogene Schicht ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Entkopplungsschicht 200 zwei oder mehr Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Gefüge aufweisen. Die Entkopplungsschicht 200 ist beispielsweise weder ferromagnetisch noch ferrimagnetisch. Beispielsweise ist die Entkopplungsschicht 200 diamagnetisch, paramagnetisch oder intrinsisch antiferromagnetisch. Die Entkopplungsschicht 200 kann beispielsweise vollständig oder teilweise aus einer nicht-metallischen Schicht bestehen. Die Entkopplungsschicht 200 kann beispielsweise nicht-ferromagnetisch und nicht-ferrimagnetisch sein. Beispielsweise kann die Entkopplungsschicht 200 eine Schicht aus Kupfer (Cu) sein oder eine solche umfassen. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Entkopplungsschicht 200 eine elektrisch isolierende Schicht sein, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, z.B. aus SiO₂, eine Siliziumoxynitridschicht, z.B. aus SiON, oder eine Siliziumnitridschicht, z.B. aus Si₃N₄. Eine Schichtdicke d2 der Entkopplungsschicht 200 beträgt beispielsweise mindestens 1nm und höchstens 8nm.
Die 2A-2H zeigen verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten für den ersten Teilbereich 110 und den zweiten Teilbereich 120 des SAFs 100 nach 1. Die 2A-2H zeigen dabei des besseren Überblicks wegen nur die obersten vier magnetischen Blöcke 130 eines SAFs 100, der auch weniger oder mehr als die vier dargestellten magnetischen Blöcke 130 aufweisen kann.
2A zeigt einen SAF 100, in dem ein Abschnitt der obersten Austauschschicht 140 im zweiten Teilbereich 120 keine antiferromagnetische Kopplung zwischen dem von der Hauptoberfläche 101 gezählten ersten magnetischen Block I und dem zweiten magnetischen Block II bewirkt. Im ersten magnetischen Block I ist die vertikale Magnetisierung im zweiten Teilbereich 120 der vertikalen Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 entgegengesetzt. Die Magnetisierung in den weiteren magnetischen Strukturen II, III, IV ist jeweils in beiden Teilbereichen 110, 120 gleich groß und gleich gerichtet.
Im ersten Teilbereich 110 ist die vertikale Magnetisierung M1 in Summe kompensiert. Im zweiten Teilbereich 120 sind die vertikalen Magnetisierungen nur der dritten und vierten magnetischen Struktur kompensiert. Die Magnetisierungen im ersten magnetischen Block I und im zweiten magnetischen Block II addieren sich konstruktiv. Die resultierende Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 ist nach oben gerichtet. Das resultierende Streufeld über der Hauptoberfläche 101 erzeugt über einem Übergang zwischen erstem Teilbereich 110 und zweitem Teilbereich 120 eine horizontal magnetisierte Domäne 350 in der Funktionsschicht 300.
In 2B bewirken Abschnitte der beiden obersten Austauschschichten 140 im zweiten Teilbereich 120 keine antiferromagnetische Kopplung zwischen dem ersten magnetischen Block I und dem zweiten magnetischen Block II, sowie zwischen dem zweiten magnetischen Block II und dem dritten magnetischen Block III. Im zweiten magnetischen Block II ist die vertikale Magnetisierung im zweiten Teilbereich 120 der vertikalen Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 entgegengesetzt. Die Magnetisierung in den weiteren magnetischen Blöcken I, III, IV ist jeweils in beiden Teilbereichen 110, 120 gleich groß und gleich gerichtet. Im ersten Teilbereich 110 ist die resultierende vertikale Magnetisierung M1 kompensiert. Im zweiten Teilbereich 120 sind die vertikalen Magnetisierungen nur des dritten und des vierten magnetischen Blocks kompensiert. Die Magnetisierungen im ersten und im zweiten magnetischen Block I, II überlagern sich konstruktiv. Die resultierende Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 ist nach unten gerichtet.
In 2C und 2D bewirken jeweils Abschnitte aller Austauschschichten 140 im zweiten Teilbereich 120 keine antiferromagnetische Kopplung. Im ersten Teilbereich 110 ist die vertikale Magnetisierung M1 kompensiert. Im zweiten Teilbereich 120 überlagern sich die vertikalen Magnetisierungen aller magnetischen Blöcke I, II, III, IV konstruktiv. In 2C ist die resultierende Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 nach oben gerichtet. In 2D ist die resultierende Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 nach unten gerichtet.
In den Ausführungsformen der 2A-2D ist die Magnetisierung im ersten magnetischen Block I im kompensierten ersten Teilbereich 110 zur Rückseite des SAFs 100 hin („nach unten“) gerichtet.
In der Ausführungsform der 2E ist die Magnetisierung im ersten magnetischen Block I im kompensierten ersten Teilbereich 110 zur Hauptoberfläche 101 des SAFs 100 hin („nach oben“) gerichtet. Im Weiteren entspricht die Ausführungsform nach 2E der Ausführungsform nach 2A.
2F zeigt einen SAF 100, in dem in einem Abschnitt des ersten magnetischen Blocks I im zweiten Teilbereich 120 die Wirkung einer oder mehrerer Zwischenschichten auf die senkrechte Orientierung der Magnetisierung in den angrenzenden magnetischen Schichten reduziert ist oder fehlt. In der Folge weist der erste magnetische Block I im zweiten Teilbereich 120 eine gegenüber der vertikalen Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 reduzierte vertikale Magnetisierung auf. Die Magnetisierung in den weiteren magnetischen Blöcken II, III, IV ist jeweils in beiden Teilbereichen 110, 120 gleich groß und gleich gerichtet.
Im zweiten Teilbereich 120 ist die Magnetisierung des zweiten magnetischen Blocks II nicht kompensiert. Die resultierende Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 ist nach oben gerichtet.
2G bezieht sich auf eine Ausführungsform mit nicht vollständig kompensiertem ersten Teilbereich 110. Der erste Teilbereich 110 weist eine vertikale Gesamtmagnetisierung auf, die deutlich größer ist als eine vertikale Restmagnetisierung, die sich allein durch Fertigungstoleranzen üblicherweise ergibt. Beispielsweise beträgt die vertikale Gesamtmagnetisierung im ersten Teilbereich 110 mindestens 20%, z.B. mindestens 50% der vertikalen Magnetisierung des dünnsten magnetischen Blocks 130. Die fehlende Kompensation des ersten Teilbereichs 110 kann aus einer höheren Anzahl an magnetischen Schichten mit vertikaler Magnetisierung der einen Orientierung als an magnetischen Schichten mit vertikaler Magnetisierung der anderen Orientierung resultieren. Die überzähligen magnetischen Schichten können sich auf mehrere, z.B. alle magnetische Blöcke 130 verteilen oder in genau einem der magnetischen Blöcke 130 ausgebildet sein. Beispielsweise bilden alle überzähligen magnetischen Schichten einen eigenen magnetischen Block 130.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel weist der vierte magnetische Block IV eine höhere Anzahl an magnetischen Schichten mit vertikaler Magnetisierung mit Orientierung zur Hauptoberfläche 101 auf als die anderen magnetischen Blöcke 130. Ein Teil der Magnetisierung im vierten magnetischen Block IV im ersten Teilbereich 110 ist nicht kompensiert. Die vertikale erste Magnetisierung M1 im ersten Teilbereich 110 ist deutlich von 0 verschieden. Die vertikale erste Magnetisierung M1 im ersten Teilbereich 110 und die vertikale zweite Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 unterscheiden sich mindestens dem Betrag nach.
In der Ausführungsform der 2H ist in jedem magnetischen Block 130 die Orientierung der vertikalen Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 der Orientierung der vertikalen Magnetisierung im zweiten Teilbereich 110 entgegengerichtet. Die vertikale erste Magnetisierung M1 im ersten Teilbereich 110 und die vertikale zweite Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 sind jeweils nahezu oder vollständig kompensiert. In jedem vertikalen Teilabschnitt des SAFs 100 ist die erste Magnetisierung M1 im ersten Teilbereich 110 der zweiten Magnetisierung M2 im zweiten Teilbereich 120 entgegengesetzt. Dabei kann die Orientierung der Magnetisierung in den Teilbereichen 110, 120 in vertikaler Richtung in beliebiger Weise wechseln, beispielsweise nach jedem magnetischen Block 130, nach jedem zweiten magnetischen Block 130 oder nach jedem dritten magnetischen Block 130.
Die 3A-3C zeigen jeweils eine magnetische Struktur 510 mit mehr als einem ersten Teilbereich 110 und einem zweiten Teilbereich 120. Eine Entkopplungsschicht 200 ist auf einer Hauptoberfläche 101 eines SAFs 100 ausgebildet und trennt den SAF 100 von einer Funktionsschicht 300, die auf der Entkopplungsschicht 200 ausgebildet ist.
In 3A umfasst der SAF 100 einen nichtkompensierten zweiten Teilbereich 120, der in lateraler Richtung zwischen zwei ungestörten ersten Teilbereichen 110 ausgebildet ist.
Der SAF 100 weist N magnetische Blöcke 130 auf, die in den ersten Teilbereichen 110 jeweils über dazwischenliegende ungestörte Austauschschichten 140 antiferromagnetisch gekoppelt sind. Abschnitte der Austauschschichten 140 im zweiten Teilbereich 120 sind modifiziert und bewirken keine effektive, d.h. ausreichend starke antiferromagnetische Kopplung zwischen den Abschnitten der magnetischen Blöcke 130 im zweiten Teilbereich 120.
Ausgehend von einem unstrukturierten, ungestörten synthetischen Antiferromagneten kann der SAF 100 beispielsweise durch Bestrahlung des zweiten Teilbereichs 120 mit leichten Ionen bei mittlerer und hoher Fluenz ausgebildet werden, wobei der Ionenstrahl im zweiten Teilbereich 120 die Austauschkopplung zwischen mindestens zwei, beispielsweise den beiden obersten magnetischen Blöcken 130 modifiziert, z.B. löst.
Zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem zweiten Teilbereich 120 bildet sich über der Hauptoberfläche 101 ein Streufeld. Das Streufeld erzeugt und stabilisiert magnetische Domänen 350 in der Funktionsschicht 300. Jede Domäne 350 ist oberhalb und beiderseits eines Übergangs 115 zwischen einem der beiden ersten Teilbereiche 110 und dem zweiten Teilbereich 120 ausgebildet. Die magnetischen Domänen 350 sind horizontal, d.h. parallel zur Hauptoberfläche 101 und quer zum jeweiligen Übergang 115 magnetisiert.
Über den lateral ausgedehnten ersten Teilbereichen 110 existiert zwischen den Domänen 350 kein Streufeld und/oder ein verschwindend schwaches Streufeld. In Abschnitten oberhalb der ersten Teilbereiche 110 können in der Funktionsschicht 300 ungeordnete und sich im Wesentlichen kompensierende magnetische Domänen ausgebildet sein.
Über dem zweiten Teilbereich 120 und nahe den Domänen 350 weist das Streufeld eine überwiegend vertikale Komponente auf. In den Abschnitten oberhalb der zweiten Teilbereiche 120 und nahe den Domänen 350 können daher in der Funktionsschicht 300 magnetische Domänen mit signifikanter vertikaler Magnetisierungskomponente ausgebildet sein. Über dem zweiten Teilbereich 120 und im Abstand zu den horizontal magnetisierten Domänen 350 kann die Funktionsschicht 300 frei von Streufeldern sein oder vertikal magnetisierte Domänen mit alternierender Orientierung aufweisen.
In 3B umfasst der SAF 100 einen kompensierten zweiten Teilbereich 120, der in lateraler Richtung zwischen zwei kompensierten ersten Teilbereichen 110 ausgebildet ist. In jedem magnetischen Block 130 ist die Magnetisierung im zweiten Teilbereich 120 entgegengesetzt zur Magnetisierung in den ersten Teilbereichen 110 orientiert.
Die zweiten Abschnitte der Austauschschichten 140 im zweiten Teilbereich 120 sind nicht oder nur so geringfügig modifiziert, dass die Abschnitte der magnetischen Blöcke 130 im zweiten Teilbereich 120 antiferromagnetisch gekoppelt sind.
Ausgehend von einem unstrukturierten, ungestörten synthetischen Antiferromagneten kann der SAF 100 beispielsweise durch Bestrahlung des zweiten Teilbereichs 120 mit leichten Ionen bei geringer Fluenz ausgebildet werden, wobei der Ionenstrahl im zweiten Teilbereich 120 lediglich eine geringe Grenzflächendurchmischung hervorruft. Dadurch werden antiferromagnetische Kopplung und senkrechte Anisotropie im Vergleich zum ungestörten Teilbereich 110 nur leicht modifiziert, sodass ein alternierender Magnetisierungsverlauf mit überwiegend vertikaler Magnetisierung bestehen bleibt, der aber gegenüber dem Magnetisierungsverlauf im ungestörten Teilbereich 110 invertiert ist.
Zwischen den ersten Teilbereichen 110 und dem zweiten Teilbereich 120 bilden sich über der Hauptoberfläche 101 Streufelder, die in der Funktionsschicht 200 magnetische Domänen 350 mit vorwiegend horizontaler Magnetisierung erzeugen. Jede Domäne 350 ist oberhalb und beiderseits eines Übergangs 115 zwischen einem der ersten Teilbereiche 110 und dem zweiten Teilbereich 120 ausgebildet.
In 3C umfasst der SAF 100 einen kompensierten ersten Teilbereich 110, einen ersten Teilbereichsabschnitt 121 und einen zweiten Teilbereichsabschnitt 122, der in lateraler Richtung zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem ersten Teilbereichsabschnitt 121 ausgebildet ist. In jedem magnetischen Block 130 ist die Magnetisierung im ersten Teilbereichsabschnitt 121 entgegengesetzt zur Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 orientiert. Im zweiten Teilbereichsabschnitt 122 ist in jedem magnetischen Block 130 die Magnetisierung gleich orientiert, z.B. nach oben.
Die Abschnitte der Austauschschichten 140 im ersten Teilbereichsabschnitt 121 sind nicht oder nur so geringfügig modifiziert, dass die Abschnitte aller magnetischen Blöcke 130 im ersten Teilbereichsabschnitt 121 antiferromagnetisch gekoppelt sind. In jedem magnetischen Block 130 ist die Magnetisierung im ersten Teilbereichsabschnitt 121 entgegengesetzt zur Magnetisierung im ersten Teilbereich 110 orientiert. Die Abschnitte der magnetischen Blöcke 130 im zweiten Teilbereichsabschnitt 122 sind dagegen ferromagnetisch gekoppelt.
Ähnlich wie für 3B kann der SAF 100 der 3C ausgehend von einem unstrukturierten, ungestörten synthetischen Antiferromagneten beispielsweise durch Bestrahlung des ersten Teilbereichabschnitts 121 mit leichten Ionen bei geringer Fluenz ausgebildet werden. Die Magnetisierung im zweiten Teilbereichsabschnitt 122 stellt sich ab einem bestimmten Verhältnis zwischen Stärke der antiferromagnetischen Kopplung und magnetostatischer Energie in den magnetischen Blöcken 130 selbständig ein, wobei die magnetostatische Energie durch den Betrag der Magnetisierung und die Dicke der magnetischen Blöcke 130 definiert wird.
Zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem zweiten Teilbereichsabschnitt 122 sowie zwischen dem zweiten Teilbereichsabschnitt 122 und dem ersten Teilbereichsabschnitt 121 bilden sich über der Hauptoberfläche 101 Streufelder, die in der Funktionsschicht 300 magnetische Domänen 350 mit vorwiegend horizontaler Magnetisierung erzeugen. Jede Domäne 350 ist oberhalb und beiderseits eines Übergangs 115 zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem zweiten Teilbereichsabschnitt 122 sowie eines Übergangs 115 zwischen dem zweiten Teilbereichsabschnitt 122 und dem ersten Teilbereichsabschnitt 121 ausgebildet.
In den Ausführungsbeispielen der 3A bis 3C ist der SAF 100 jeweils mit der Rückseite auf einer Unterlage 400 angeordnet. Die Unterlage 400 kann ein Substrat 410, eine Adhäsionsschicht 420 und eine Keimschicht 430 aufweisen. Das Substrat 410 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat, ein Siliziumoxidsubstrat, ein Siliziumsubstrat mit einer Oxidschicht auf der Vorderseite, ein Saphirsubstrat, ein Si₃N₄-Substrat, ein MgO-Substrat oder ein Glassubstrat sein.
Die Keimschicht 430 ermöglicht bzw. unterstützt das Ausbilden des gewünschten Gefüges für den untersten magnetischen Block 130. Die Keimschicht 430 kann magnetisierbar sein und einen Teil des untersten magnetischen Blocks 130 bilden. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Keimschicht 430 nichtmagnetisierbar und bildet einen Teil der Unterlage 400. Die Keimschicht 430 kann eine kristalline Vorzugs-Orientierung in der angrenzenden Teilschicht des SAFs 100 festlegen. Die Keimschicht 430 kann beispielsweise eine Schicht aus Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) aufweisen oder aus einer solchen bestehen. Eine Schichtdicke der Keimschicht 430 kann beispielsweise mindestens 2nm und höchstens 50nm betragen
Die Adhäsionsschicht 420 ermöglicht oder unterstützt die Haftung der Keimschicht 430 oder des untersten magnetischen Blocks 130 auf dem Substrat 410.
Die 4 zeigt einen in der horizontalen Ebene gekrümmten Übergang 115 zwischen einem ungestörten ersten Teilbereich 110 und einem gestörten zweiten Teilbereich 120 einer magnetischen Struktur 510. Das resultierende Streufeld gibt den Umriss einer magnetischen Domäne 350 vor, in der die horizontale Ausrichtung der Magnetisierung sich entsprechend dem Verlauf der Krümmung ändert und dabei immer überwiegend orthogonal zu den Domänenlängswänden 3151, 352 orientiert ist. Die horizontale Breite der magnetischen Domäne 350 bleibt entlang der Krümmung in etwa gleich. Eine in die magnetischen Domäne 350 eingespeiste oder in der magnetischen Domäne 350 erregte Spinwellen-Oberflächenmode folgt dem Verlauf der Krümmung.
Die 5A-5C zeigen Ausschnitte magnonischer Bauelemente 500 mit magnetischen Strukturen 510. Die magnonischen Bauelemente 500 manipulieren Spinwellen 900. Die magnetischen Strukturen 510 können z.B. eine der oben beschriebenen Konfigurationen haben und weisen mindestens eine magnetische Domäne 350 zum Transport von Spinwellen 900 auf.
5A zeigt ein magnonisches Bauelement 500 mit einer Kopplungsstruktur 520. Beispielsweise weist die Kopplungsstruktur 520 eine metallische Antenne oder Elektrode auf, die oberhalb der Domäne 350 angeordnet ist und elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von mindestens 1GHz abgibt. Die elektromagnetische Strahlung kann in der Domäne 350 eine Spinwellen-Oberflächenmode anregen.
5B zeigt ein Spinwellen-Manipulationselement 530, das oberhalb einer magnetischen Domäne 350 angeordnet ist. Das Spinwellen-Manipulationselement 530 kann steuerbar sein und in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein Magnetfeld erzeugen, das sich dem Magnetfeld in der Domäne 350 überlagert und die Ausbreitung der Spinwelle 900 beeinflusst. Beispielsweise lässt sich über das Spinwellen-Manipulationselement 530 die Ausbreitung der Spinwelle 900 entlang der horizontalen Domänenlängsachse zeitweise stoppen.
5C zeigt eine Spinwellen-Weiche 540 mit einem Spinwellen-Weichenelement 545, das oberhalb einer in Teilen verschiebbaren magnetischen Domäne 350 angeordnet ist. Das Spinwellen-Weichenelement 545 kann steuerbar sein und in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein Magnetfeld erzeugen, das einen Abschnitt einer Domäne 350 lateral verschiebt und den Ausbreitungsweg der Spinwelle 900 beeinflusst.
Beispielsweise kann das magnonische Bauelement 500 einen nicht modifizierten ersten Teilbereich 110, einen ersten modifizierten Teilbereichsabschnitt 123 und einen lateral keilförmig zwischen den ersten Teilbereich 110 und den ersten modifizierten Teilbereichsabschnitt 123 reichenden zweiten Teilbereichsabschnitt 124 aufweisen. Die resultierenden Magnetisierungen im ersten Teilbereichsabschnitt 123 und im zweiten Teilbereichsabschnitt 124 unterscheiden sich im Magnetisierungsverlauf, beispielsweise infolge unterschiedlicher Ionenbestrahlung in den beiden Teilbereichsabschnitten, sodass die antiferromagnetischen Kopplungen und/oder Grenzflächenanisotropien unterschiedlich stark modifiziert werden. Des Weiteren kann der Magnetisierungsverlauf im zweiten Teilbereichsabschnitt 124 gleich dem Magnetisierungsverlauf im ersten Teilbereich 110 sein. Durch Anlegen eines geeigneten Schaltmagnetfelds durch das Spinwellen-Weichenelement 545 kann der Magnetisierungsverlauf im zweiten Teilbereichsabschnitt 124 so modifiziert werden, dass sich der Magnetisierungsverlauf im zweiten Teilbereichsabschnitt 124 annähernd dem Magnetisierungsverlauf im ersten Teilbereichsabschnitt 123 angleicht. Damit kann unter dem Spinwellen-Weichenelement 545 die Lage einer Domäne 350 zwischen einer Position zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem zweiten Teilbereichsabschnitt 124 und einer Position zwischen dem zweiten Teilbereichsabschnitt 124 und der ersten Teilbereichsabschnitt 123 wechseln.
6A-6C illustrieren ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Struktur, beispielsweise einer magnetischen Struktur 510, wie sie in den 1A-1B, 2A-2H, 3A-3C, 4 oder 5A-5C dargestellt ist.
Auf ein Substrat 410 wird mittels einer Dünnschicht-Depositionstechnik eine Adhäsionsschicht 420 aufgebracht, beispielsweise durch Magnetron-Zerstäubung. Das Substrat 410 kann amorph sein oder eine amorphe Oberfläche aufweisen. Beispielweise kann das Substrat 410 aus thermisch oxidiertem amorphem Silizium (Si) bestehen oder amorphes Silizium (Si) aufweisen. Die Adhäsionsschicht 420 kann die Haftung von im Folgenden aufzubringenden Schichten auf dem Substrat 410 und/oder die Qualität der im Folgenden aufzubringenden Schichten verbessern. Die Adhäsionsschicht 420 ist oder umfasst beispielsweise eine Schicht aus Tantal (Ta) und/oder Chrom (Cr). Eine Schichtdicke der Adhäsionsschicht 420 kann beispielsweise mindestens 0,2nm und höchstens 3nm betragen.
Auf der Adhäsionsschicht 420 kann eine Keimschicht 430 aufgebracht werden. Die Keimschicht 430 kann eine kristalline Vorzugs-Orientierung in einer im Folgenden aufzubringenden Schicht festlegen. Die Keimschicht 430 ist oder umfasst beispielsweise eine Schicht aus Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd). Eine Schichtdicke der Keimschicht 430 kann beispielsweise mindestens 2nm und höchstens 50nm betragen.
Auf der Keimschicht werden N magnetische Blöcke 130 und N-1 Austauschschichten 140 aufgebracht, wobei jede Austauschschicht 140 auf einem anderen magnetischen Block 130 aufgebracht wird. Die Austauschschichten 140 und Teilschichten der magnetischen Blöcke 130 können polykristallin oder texturiert mit einer wohldefinierten vertikalen Richtung und beliebiger, beispielsweise wechselnder, Orientierung in horizontaler Richtung sein.
6A zeigt einen SAF 100 mit N magnetischen Blöcken 130. Jede Austauschschicht 140 trennt zwei benachbarte magnetische Blöcke 130 in vertikaler Richtung. Jeder magnetische Block n kann M_n magnetischen Schichten und M_n-1 Zwischenschichten aufweisen. Aus der starken Grenzflächenanisotropie an den Grenzflächen zwischen den magnetischen Schichten und den Zwischenschichten resultiert eine positive effektive magnetische Anisotropie in den magnetischen Schichten senkrecht zu den Grenzflächen und in der Folge eine senkrechte Magnetisierung der magnetischen Blöcke 130. Die Austauschschichten 140 bewirken aufgrund von Quanteninterferenz eine antiferromagnetische Kopplung zwischen benachbarten magnetischen Blöcken 130, so dass die magnetischen Blöcke 130 vertikale Magnetisierungen mit alternierender Orientierung („nach unten“ oder „nach oben“) aufweisen.
Der SAF 100 weist eine vertikale magnetische Anisotropie mit vertikaler und alternierender Magnetisierung der magnetischen Blöcke 130 auf. Der SAF 100 liegt auf einer Unterlage 400 mit dem Substrat 410, der Adhäsionsschicht 420 und der Keimschicht 430 auf.
Auf einer Hauptoberfläche 101 auf der Vorderseite des SAFs 100 kann eine Deckschicht ausgebildet sein (nicht gezeichnet). Die Deckschicht kann als temporäre Oxidationsschutzschicht und/oder als Schutz gegen einen möglichen Sputterabtrag während der folgenden Ionenbestrahlung wirksam sein. Die Deckschicht kann metallisch sein. Beispielsweise kann die Deckschicht aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Kupfer (Cu), Tantal (Ta) oder Aluminium (Al) bestehen oder mindestens eines der genannten Elemente aufweisen. Die Dicke der Deckschicht kann beispielsweise mindestens 1nm und maximal 5nm betragen.
Im Folgenden wird ein zweiter Abschnitt 120 des SAFs 100 durch Ionenbestrahlung modifiziert. Dazu kann fokussierte Ionenbestrahlung verwendet werden, die eine bestimmte Ionenfluenz auf vordefinierte Bereiche der Hauptoberfläche 101 verteilt. In einer anderen Ausführung kann auf der Hauptoberfläche 101 oder auf der Deckschicht eine Implantationsmaske 610 ausgebildet werden. Die Ionen eines Ionenstrahls 620 dringen durch eine Öffnung 615 in der Implantationsmaske 610 in den SAF 100 ein und erhöhen die Grenzflächendurchmischung an einer Grenzfläche 105 oder an beiden Grenzfläche 105 einer oder mehrerer Austauschschichten 140 und/oder an einer Grenzfläche oder an beiden Grenzflächen einer oder mehrerer Zwischenschichten.
Der Ionenstrahl ist beispielsweise ein Strahl mit leichten Ionen, beispielsweise mit He⁺ Ionen oder mit Ne⁺ Ionen. Die Energie der Ionen beträgt beispielsweise mindestens 1keV und höchstens 20keV. Die Fluenz des Ionenstrahls liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 50 Ionen/nm².
Beispielsweise werden die Austauschschichten 140 mit oder aus Atomen vorgesehen, die leichter sind als die Atome der Zwischenschichten der magnetischen Blöcke 130. Die Ionen (z.B. He⁺) des Ionenstrahls können einen größeren Impuls an die (leichteren) Atome der Austauschschichten 140 übertragen als an die (schwereren) Atome der Zwischenschichten der magnetischen Blöcke 130.
Werden z.B. die Austauschschichten 140 aus Ruthenium (Ru) und die Zwischenschichten der magnetischen Blöcke 130 aus Platin (Pt) vorgesehen, dann bleibt bei einer Energie der He⁺-Ionen von 4,5 bis 15 keV und für geringe Fluenzen des Ionenstrahls bis ca. 15 Ionen/nm² die effektive senkrechte Anisotropie in den magnetischen Blöcken 130 erhalten, während die antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen den magnetischen Blöcken 130 verändert, beispielsweise deutlich abgeschwächt wird. Bei höheren Fluenzen kann die Magnetisierung in den bestrahlten Abschnitten der magnetischen Blöcke aus der Vertikalen kippen, beispielsweise sich horizontal ausrichten.
6B zeigt eine Implantationsmaske 610, die auf der Hauptoberfläche 101 des SAFs 100 aufliegt und erste Teilbereiche 110 des SAFs 100 bedeckt. Die Öffnung 615 in der Implantationsmaske 610 legt den zweiten Teilbereich 120 frei. Die Austauschschichten 140 weisen im zweiten Teilbereich 120 Abschnitte 618 erhöhter Grenzflächendurchmischung auf.
Abschnitte der magnetischen Blöcke 130 im zweiten Teilbereich 120 sind nicht mehr antiferromagnetisch gekoppelt oder schwächer antiferromagnetisch gekoppelt und können selektiv gegen die Abschnitte im ersten Teilbereich 110 ummagnetisiert werden.
6C zeigt ein äußeres vertikales magnetisches Feld 630, in das der SAF 100 eingebracht werden kann. Im zweiten Teilbereich 120 richtet sich die Magnetisierung in den nicht mehr antiferromagnetisch gekoppelten Abschnitten der magnetischen Blöcke 130 nach dem äußeren Magnetfeld 630 aus. Das äußere Magnetfeld 630 kann ausreichend stark sein, um eine restliche antiferromagnetische Kopplung zu überwinden und um die Magnetisierung in den Abschnitten der magnetischen Blöcke 130 im zweiten Teilbereich 120 zu sättigen. Das äußere Magnetfeld 630 ist ausreichend schwach, um die Magnetisierung in den Abschnitten der magnetischen Blöcke 130 in den ersten Teilbereichen 110 zu bewahren.
Eine im Vorangegangenen ausgebildete Bestrahlungsmaske kann entfernt werden, ebenso eine eventuell ausgebildete Deckschicht. Eine Entkopplungsschicht kann aufgebracht werden. Alternativ bildet die Deckschicht die Entkopplungsschicht oder einen Teil der Entkopplungsschicht. Eine Funktionsschicht wird auf der Entkopplungsschicht aufgebracht. In der Funktionsschicht bilden sich dabei über dem Übergang zwischen dem ersten Teilbereich 110 und dem zweiten Teilbereich 120 horizontal magnetisierte magnetische Domänen aus, wie sie in den 1A-1B, 2A-2H, 3A-3C oder 4 gezeigt sind.
Die 2A-2H und 3A-3C beschreiben die Bildung von horizontal magnetisierten Domänen in einer Funktionsschicht durch Streufeldwirkung. In allen gezeigten Beispielen können bei fehlender oder sehr dünner Entkopplungsschicht die horizontal magnetisierten Domänen auch bei Vorliegen direkter magnetischer Kopplung an den SAF gebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Magnetische Struktur, aufweisend: einen synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel (100) mit vertikaler magnetischer Anisotropie, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel (100) einen ersten Teilbereich (110) und einen zweiten Teilbereich (120) aufweist, der erste und der zweite Teilbereich (110, 120) lateral nebeneinander ausgebildet sind, und wobei sich in mindestens einem vertikalen Teilabschnitt des antiferromagnetischen Schichtstapels (100) eine vertikale erste Magnetisierung (M1) im ersten Teilbereich (110) nach Betrag und/oder Orientierung von einer vertikalen zweiten Magnetisierung (M2) im zweiten Teilbereich (120) unterscheidet; und eine weichmagnetische Funktionsschicht (300) auf einer horizontalen Hauptoberfläche (101) des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100).
Magnetische Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, weiter aufweisend: eine Entkopplungsschicht (200) auf einer horizontalen Hauptoberfläche (101) des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100), wobei die Entkopplungsschicht (200) schwerer magnetisierbar ist als die Funktionsschicht (300).
Magnetische Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Magnetisierung (M1) vertikal vollständig kompensiert ist oder maximal 10% der zweiten Magnetisierung (M2) beträgt.
Magnetische Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Funktionsschicht (300) ein weichmagnetisches Material aufweist.
Magnetische Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsschicht (200) ein diamagnetisches Material, ein paramagnetisches Material und/oder ein intrinsisch antiferromagnetisches Material aufweist.
Magnetische Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel (100) magnetische Blöcke (130) und eine Austauschschicht (140) aufweist, wobei die Austauschschicht (140) zwischen zwei benachbarten magnetischen Blöcken (130) angeordnet ist und die zwei magnetischen Blöcke (130) antiferromagnetisch koppelt.
Magnetische Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, wobei in mindestens einem der magnetischen Blöcke (130) die Orientierung der ersten Magnetisierung (M1) im ersten Teilbereich (110) der Orientierung der zweiten Magnetisierung (M2) im zweiten Teilbereich (120) entgegengesetzt ist.
Magnetische Struktur nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche, wobei im zweiten Teilbereich (120) eine magnetische Austauschkopplung zwischen zwei magnetischen Blöcken (130) schwächer antiferromagnetisch ist als eine magnetische Austauschkopplung zwischen den zwei magnetischen Blöcken (130) im ersten Teilbereich (110).
Magnetische Struktur nach einem der drei vorangehenden Ansprüche, wobei im zweiten Teilbereich (120) eine Grenzflächendurchmischung zwischen der Austauschschicht (140) und mindestens einem der zwei magnetischen Blöcken (130) größer ist als im ersten Teilbereich (110).
Magnetische Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die magnetischen Blöcke (130) jeweils magnetische Schichten (131) und eine Zwischenschicht (132) aufweisen, wobei die Zwischenschicht (132) zwischen zwei benachbarten magnetischen Schichten (131) angeordnet ist, und wobei in den zwei magnetischen Schichten (132) eine grenzflächenorientierte senkrechte magnetische Anisotropie vorliegt.
Magnetische Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Funktionsschicht (300) eine magnetische Domäne (350) mit Domänenlängswänden (351, 352) ausgebildet ist, wobei die Domänenlängswände (351, 352) parallel zu einem Übergang (115) zwischen dem ersten Teilbereich (110) und dem zweiten Teilbereich (120) verlaufen und die Domäne (350) eine horizontale Magnetisierung quer zu dem Übergang (115) aufweist.
Magnetische Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Übergang zwischen dem ersten Teilbereich (110) und dem zweiten Teilbereich (120) in einer horizontalen Ebene eine Krümmung aufweist.
Magnonisches Bauelement, aufweisend: eine magnetische Struktur (510) nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Kopplungsstruktur (520), wobei die Kopplungsstruktur (520) zum Einspeisen von Spinwellen (900) in die Domäne (350) und/oder zum Erregen einer Spinwelle (900) in der Domäne (350) eingerichtet ist.
Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Struktur, umfassend: Bereitstellen eines synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100) mit senkrechter magnetischer Anisotropie und alternierender vertikaler Magnetisierung, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel (100) einen ersten Teilbereich (110) und einen zweiten Teilbereich (120) aufweist, und Beaufschlagung des zweiten Teilbereichs (120) mit einem Ionenstrahl (620), wobei entlang einer Grenzfläche (105) im synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapel (100) eine Grenzflächendurchmischung selektiv im zweiten Teilbereich (120) erhöht wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel (100) magnetische Blöcke (130) und eine Austauschschicht (140) aufweist, wobei die Austauschschicht (140) zwischen zwei magnetischen Blöcken (130) angeordnet ist und die zwei magnetischen Blöcke (130) antiferromagnetisch koppelt, und wobei die Austauschschicht (140) und eine der zwei magnetischen Blöcke (130) die Grenzfläche (105) bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der synthetische antiferromagnetische Schichtstapel (100) magnetische Blöcke (130) und eine Austauschschicht (140) aufweist, wobei die Austauschschicht (140) zwischen zwei magnetischen Blöcken (130) angeordnet ist und die zwei magnetischen Blöcke (130) antiferromagnetisch koppelt, wobei die magnetischen Blöcke (130) jeweils magnetische Schichten (131) und eine Zwischenschicht (132) aufweisen, wobei die Zwischenschicht (132) zwischen zwei magnetischen Schichten (131) angeordnet ist, und wobei die Zwischenschicht (132) und eine der zwei magnetischen Schichten (131) die Grenzfläche (105) bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend: Ausbilden einer Entkopplungsschicht (200) auf einer Hauptoberfläche (101) des synthetischen antiferromagnetischen Schichtstapels (100); und Ausbilden einer Funktionsschicht (200) auf der Entkopplungsschicht (200), wobei die Funktionsschicht (300) leichter magnetisierbar ist als die Entkopplungsschicht (200).