WO2002084647A2 - Antiferromagnetisches schichtsystem und verfahren zur magnetischen datenspeicherung in derartigen antiferromagnetischen schichtsystemen - Google Patents

Antiferromagnetisches schichtsystem und verfahren zur magnetischen datenspeicherung in derartigen antiferromagnetischen schichtsystemen Download PDF

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Rudolf Schäfer
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Definitions

  • Antiferromagnetic layer system and method for magnetic data storage in such antiferromagnetic layer systems are provided.
  • the invention relates to the field of materials technology and relates to antiferromagnetic layer systems and methods for magnetic data storage in such antiferromagnetic layer systems, which can be used, for example, in computer hard disks or in other magnetic mass storage devices.
  • Granular hard magnetic materials such as e.g. sputtered cobalt-platinum layers and layer systems are used as storage medium.
  • the storage information is in the form of the magnetic structure, a magnetic domain extending over several grains. A transition between two oppositely magnetized areas represents a storage unit (one bit).
  • the information is written in by local magnetic fields and can therefore be inadvertently changed or deleted by strong external fields.
  • the operation of these conventional storage disks is described in the patents US 4,789,598 and US 5,523,173.
  • antiferromagnetic materials in contrast to ferromagnets, neighboring atomic moments are not aligned in parallel, but in anti-parallel. They therefore have a disappearing average magnetization. If the two magnetic sublattices aligned in antiparallel (only the atoms whose spins have the same sense of direction) are considered, then the sublattice magnetizations prefer to take certain directions. Like ferromagnets, antiferromagnets generally have uniaxial or multiaxial anisotropy. Due to the vanishing total torque, antiferromagnets do not interact with external magnetic fields as long as the anti-parallel alignment of the sub-grids is not broken.
  • an antiferromagnet Due to the intrinsic magnetic properties of an antiferromagnet, it can serve as a storage medium.
  • the sublattice magnetizations of the antiferromagnet are not sensitive to magnetic fields that occur in technical devices. A written information would therefore be insensitive to interference fields.
  • the transition area between two domains can be kept very narrow, since transitions between opposite sublattice magnetizations on the atomic scale are possible in the antiferromagnet. Due to the disappearing mean magnetization, antiferromagnetic domains do not generate stray fields. As a result, no demagnetization effects are to be expected.
  • Antiferromagnets therefore offer the prerequisite for a significant increase in the storage density compared to conventional ferromagnetic layers. So far, however, it has not been possible to specifically write information into the antiferromagnet. Likewise, no method is known for reading information from antiferromagnets.
  • the object of the invention is to provide an antiferromagnetic layer system and methods by means of which it is possible to specifically write and read information in such antiferromagnetic layer systems.
  • the antiferromagnetic layer system consists of at least one ferromagnetic and at least one antiferromagnetic layer, the Curie temperature of the ferromagnetic layer material being above the blocking temperature of the layer system.
  • the ferromagnetic and antiferromagnetic layer (s) are coupled to one another at least with regard to their magnetization configuration by means of exchange anisotropy effects. Taking advantage of the temperature dependence of the reaction of the ferromagnetic layer on the antiferromagnetic layer, the temperature dependence of the stability of the magnetization configuration can be controlled by selecting the thickness of the antiferromagnetic layer.
  • the layer thicknesses of the antiferromagnetic layer (s) are thus a function of the operating temperature of the antiferromagnetic layer system used, the layer thickness also increasing with increasing operating temperature.
  • the ferromagnetic and antiferromagnetic layer (s) are not or only partially in direct contact, a magnetic interaction between the layers being realized in each case. It is also advantageous if a non-magnetic intermediate layer is arranged between at least one of the ferromagnetic and antiferromagnetic layers, the magnetic interaction between the ferromagnetic and the antiferromagnetic layer not being significantly impeded by the non-magnetic intermediate layer.
  • the non-magnetic intermediate layers advantageously have layer thicknesses between 0.2 and 2.0 nm.
  • the layer systems are also advantageously expanded and / or structured.
  • NiFe permalloy
  • ferromagnetic layer material NiFe (permalloy) is also advantageously used as the ferromagnetic layer material.
  • NiO, IrMn and / or FeMn are used as the antiferromagnetic layer material.
  • the layers have lateral dimensions in the micro and / or nano range.
  • At least one layer system is produced from at least one ferromagnetic layer and from at least one antiferromagnetic layer.
  • the ferromagnetic layer material used has a Curie temperature above the blocking temperature of the antiferromagnetic layer material used.
  • the at least one antiferromagnetic layer of the layer system undergoes a one- or multi-stage local heat treatment at a temperature above the blocking temperature of the antiferromagnetic layer material and below that Subjected to the Curie temperature of the ferromagnetic layer material and then the cooling is carried out in the presence of a global or local directional magnetic field.
  • the local heat treatment is advantageously carried out by means of a laser, near-field optics or a conductive scanning probe tip.
  • the reading of the stored data is also advantageously carried out using magneto-optical or magnetoresistive methods.
  • an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer are brought into contact, they couple via exchange anisotropy effects, at least with regard to their magnetization configuration.
  • a magnetization configuration is formed in the antiferromagnetic layer that follows that of the ferromagnetic layer or in the ferromagnetic layer a magnetization configuration that follows that of the antiferromagnetic layer.
  • the antiferromagnetic layer system used is used at an operating temperature above the blocking temperature of the antiferromagnetic layer.
  • the magnetization configuration of the ferromagnetic component in the antiferromagnetic layer is then stored locally by means of exchange coupling via a ferromagnetic component and / or the magnetization configuration of the antiferromagnetic layer is read by the ferromagnetic component.
  • a magnetic field is applied to store the data, and the data is read without applying a magnetic field. Best way to carry out the invention
  • Fig. 1 shows the structure of a data memory from the invention
  • Fig. 2 shows the structure of a data memory from the invention
  • a layer system consisting of 12 nm NiO, 10 nm Ni 8 ⁇ m and 2 nm Ta as an oxidation barrier by cathode sputtering at 20.degree.
  • a rotationally symmetrical magnetic field with a strength of 1 kA / cm is present during the layer deposition.
  • the blocking temperature of the layer system thus produced is 70 ° C.
  • the disk 3 rotates under a movable read / write head 4.
  • the antiferromagnetic layer 2 cannot be influenced by magnetic fields up to 0.5 T.
  • the layer system can be heated to temperatures of> 85 °.
  • the size of the heated area 8 depends on the size of the light spot.
  • a light spot with a diameter of 300 nm is achieved by a focused laser beam 6 or the light is concentrated on an area of a few tens of nm by means of near-field optics 7 (pointed optical waveguide).
  • the blocking temperature is exceeded locally, the magnetization generated by the write head 4 in the ferromagnetic layer 1 is transferred into the magnetization configuration of the antiferromagnetic layer 2. Since the disk 3 moves away under the light spot and the read / write head 4, the point described cools down again immediately after the write operation to below the blocking temperature of 70 ° C., so that the information written in is stable against external fields.
  • the stray field of the ferromagnetic Ni ⁇ iFeig layer which is measured by a magnetoresistive reading head 4, serves for information.
  • NiO layer is applied to a circular disk 3, which serves as the carrier material, by means of cathode sputtering at 20 ° C.
  • a rotationally symmetrical magnetic field with a strength of 1 kA / cm is present during the layer deposition.
  • the disk 3 moves under a likewise movable read / write head 4.
  • the read / write head 4 consists of a layer system NiFe (1 nm) Cu (0.8 nm) Co (10 nm) and a magnetic yoke , which is surrounded by a current coil and in the opening of which the layer system is located.
  • the read / write head 4 is approximated to the storage disk 3 until the magnetic coupling between the antiferromagnetic NiO layer 2 and the 1 nm thick Ni ⁇ iFeig layer 1 of the read head 4 is established.
  • a magnetization is forced on the Ni ⁇ iFeig layer 1 by a current in the current coil, which magnetization is taken over by the antiferromagnetic layer 2 due to the exchange anisotropy.
  • the read / write head 4 is approximated in the same way as for writing to the storage disk 3. However, no current flows through the coil, so that the free Ni ⁇ iFeig layer 1 aligns itself in accordance with the exchange anisotropy of the antiferromagnetic NiO layer 2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft antiferromagnetische Schichtsysteme und Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung, die beispielsweise in Computerfestplatten zur Anwendung kommen können.Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines antiferromagnetischen Schichtsystems und von Verfahren, mit deren Hilfe ein gezieltes Einschreiben und Lesen von Informationen in derartigen antiferromagnetischen Schichtsystemen möglich ist.Gelöst wird die Aufgabe durch ein Antiferromagnetisches Schichtsystem, bestehend aus mindestens einer ferromagnetischen (1) und mindestens einer antiferromagnetischen Schicht (2), wobei die Curie-Temperatur des ferromagnetischen Schichtmaterials über der Blockingtemperatur des antiferromagnetischen Schichtmaterials liegt, und bei dem die ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schicht(en) durch Austauschanisotropieeffekte miteinander mindestens hinsichtlich ihrer Magnetisierungskonfiguration gekoppelt sind, und bei dem die Schichtdicke der antiferromagnetischen Schicht(en) eine Funktion der Betriebstemperatur des eingesetzten antiferromagnetischen Schichtsystems ist, wobei mit zunehmenden Betriebstemperaturen die Schichtdicken ebenfalls zunehmen.

Description

Antiferromagnetisches Schichtsystem und Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in derartigen antiferromagnetischen Schichtsystemen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft antiferromagnetische Schichtsysteme und Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in derartigen antiferromagnetischen Schichtsystemen, die beispielsweise in Computerfestplatten oder in anderen magnetischen Massenspeichern zur Anwendung kommen können.
Stand der Technik
Zur magnetischen Datenspeicherung werden bisher granuläre hartmagnetische Materialien wie z.B. aufgestäubte Kobalt-Platin-Schichten und Schichtsysteme als Speichermedium verwendet. Die Speicherinformation liegt in Form der magnetischen Struktur vor, wobei sich eine magnetische Domäne über mehrere Körner erstreckt. Ein Übergang zwischen zwei entgegengesetzt magnetisierten Bereichen stellt eine Speichereinheit (ein Bit) dar. Die Information wird durch lokale magnetische Felder eingeschrieben und kann somit durch starke externe Felder unbeabsichtigt verändert oder gelöscht werden. Die Funktionsweise diese herkömmlichen Speicherplatten wird in den Patenten US 4,789,598 und US 5,523,173 beschrieben.
In den letzten Jahren konnte durch Weiterentwicklung der magnetischen Materialien und Bauteile eine jährliche Steigerung der Speicherdichte von ca. 30 % und mehr erreicht werden. Die Erhöhung der Speicherdichte verringert die Fläche, die einer Speichereinheit zur Verfügung steht umgekehrt proportional. Damit rücken benachbarte Domänenübergänge näher zusammen. Deren Streufeld, das auch zum Auslesen der Information über Mangetowiderstands-Leseköpfe genutzt wird, destabilisiert aber die Magnetisierung der einzelnen Domänen. Gleichzeitig erhöht sich bei Verkleinerung der magnetischen Bereiche auch deren Anfälligkeit gegenüber thermischen Fluktuationen und durch sie bewirkte Ummagnetisierungsprozesse. Letzeres wird auch als „superparamagnetisches Limit" bezeichnet. Um kleinere Bereiche dennoch stabil zu magnetisieren, muss die magnetische Anisotropie der magnetischen Körner erhöht oder deren Magnetisierung und damit das Streufeld verringert werden. Beide Möglichkeiten um Informationen schreiben zu können, führen zu einer Erhöhung der Koerzitivfeldstärke, die nötig ist, um einen Bereich umzumagnetisieren. Das Magnetfeld, welches vom Schreibkopf erzeugt werden kann, ist durch die Sättigungsmagnetisierung des Jochmaterials begrenzt. Aufgrund der genannten Einschränkungen findet die magnetische Speicherdichte bei ca. 100 Gbit/ZollΛ2 (15,5 Gbit/cmΛ2) ein oberes Maximum.
In antiferromagnetischen Materialien sind benachbarte atomare Momente im Gegensatz zu Ferromagneten nicht parallel, sondern antiparallel ausgerichtet. Sie haben deshalb eine verschwindende mittlere Magnetisierung. Werden die beiden antiparallel ausgerichteten magnetischen Untergitter (nur die Atome, deren Spins den gleichen Richtungssinn haben) betrachtet, so nehmen die Untergittermagnetisierungen bestimmte Richtungen bevorzugt ein. Wie die Ferromagnete besitzen Antiferromagnete im allgemeinen eine ein- oder mehrachsige Anisotropie. Antiferromagnete wechselwirken aufgrund des verschwindenden Gesamtmomentes nicht mit externen Magnetfeldern, solange die antiparallele Ausrichtung der Untergitter nicht aufgebrochen wird.
Aufgrund der intrinsischen magnetischen Eigenschaften eines Antiferromagneten kann dieser als Speichermedium dienen. Die Untergittermagnetisierungen des Antiferromagneten sind auf Magnetfelder, wie sie in technischen Geräten vorkommen, nicht empfindlich. Eine eingeschriebene Information wäre daher unempfindlich gegen Störfelder. Zusätzlich kann der Übergangsbereich zwischen zwei Domänen sehr schmal gehalten werden, da im Antiferromagneten Übergänge zwischen entgegengesetzten Untergittermagnetisierungen auf atomarer Skala möglich sind. Aufgrund der verschwindenden mittleren Magnetisierung erzeugen antiferromagnetische Domänen keine Streufelder. Dadurch sind auch keine Entmagnetisierungseffekte zu erwarten. Antiferromagneten bieten daher die Voraussetzung für eine deutliche Erhöhung der Speicherdichte gegenüber herkömmlichen ferromagnetischen Schichten. Bislang ist es aber nicht möglich Informationen gezielt in den Antiferromagneten einzuschreiben. Ebenso ist noch keine Methode für das Auslesen von Informationen aus Antiferromagneten bekannt. Darlegung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines antiferromagnetischen Schichtsystems und von Verfahren, mit deren Hilfe ein gezieltes Einschreiben und Lesen von Informationen in derartigen antiferromagnetischen Schichtsystemen möglich ist.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße antiferromagnetische Schichtsystem besteht aus mindestens einer ferromagnetischen und mindestens einer antiferromagnetischen Schicht, wobei die Curie-Temperatur des ferromagnetischen Schichtmaterials über der Blockingtemperatur des Schichtsystems liegt. Dabei sind die ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schicht(en) durch Austauschanisotropieeffekte miteinander mindestens hinsichtlich ihrer Magnetisierungskonfiguration gekoppelt. Unter Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit der Rückwirkung der ferromagnetischen Schicht auf die antiferromagnetische Schicht kann durch die Auswahl der Dicke der antiferromagnetischen Schicht die Temperaturabhängigkeit der Stabilität der Magnetisierungskonfiguration gesteuert werden. Damit sind die Schichtdicken der antiferromagnetischen Schicht(en) eine Funktion der Betriebstemperatur des eingesetzten antiferromagnetischen Schichtsystems, wobei mit zunehmender Betriebstemperatur die Schichtdicken ebenfalls zunehmen.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine bei Betriebstemperatur gegen hohe Magnetfelder stabile Information zu speichern und durch gesteuerte Temperaturerhöhung in vorteilhafterweise relativ geringen Bereichen das Einschreiben und Lesen von Daten in die antiferromagnetische Schicht(en) zu erreichen.
Vorteilhafterweise sind die ferromagnetische(n) und antiferromagnetische(n) Schicht(en) nicht oder nur teilweise im direkten Kontakt, wobei in jedem Fall eine magnetische Wechselwirkung zwischen den Schichten realisiert ist. Es ist auch vorteilhaft, wenn zwischen mindestens einer der ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten eine nichtmagnetische Zwischenschicht angeordnet ist, wobei die magnetische Wechselwirkung zwischen der ferromagnetischen und der antiferromagnetischen Schicht durch die nichtmagnetische Zwischenschicht nicht wesentlich behindert werden darf.
Vorteilhafterweise weisen die nichtmagnetischen Zwischenschichten Schichtdicken zwischen 0,2 und 2,0 nm auf.
Ebenfalls vorteilhafterweise sind die Schichtsysteme ausgedehnt und/oder strukturiert.
Auch vorteilhafterweise ist als ferromagnetisches Schichtmaterial NiFe (Permalloy) eingesetzt.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass als antiferromagnetisches Schichtmaterial NiO, IrMn und/oder FeMn eingesetzt sind.
Es ist auch vorteilhaft, wenn bei Betriebstemperaturen zwischen 0 und 150 °C Schichtdicken der antiferromagnetischen Schicht zwischen 1 und 20 nm vorhanden sind.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Schichten laterale Abmessungen im Mikro- und/oder Nanobereich aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in antiferromagnetischen Schichtsystemen wird mindestens ein Schichtsystem aus mindestens einer ferromagnetischen Schicht und aus mindestens einer antiferromagnetischen Schicht hergestellt. Dabei weist das eingesetzte ferromag netische Schichtmaterial eine Curie-Temperatur oberhalb der Blockingtemperatur des eingesetzten antiferromagnetischen Schichtmaterials auf. Die mindestens eine antiferromagnetische Schicht des Schichtsystems wird einer ein- oder mehrstufigen lokalen Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Blockingtemperatur des antiferromagnetischen Schichtmaterials und unterhalb der Curie-Temperatur des ferromagnetischen Schichtmaterials unterzogen und anschließend wird die Abkühlung in Gegenwart eines globalen oder lokalen gerichteten Magnetfeldes durchgeführt.
Vorteilhafterweise wird die lokale Wärmebehandlung mittels eines Lasers, einer Nahfeldoptik oder einer leitfähigen Rastersondenspitze durchgeführt.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird das Lesen der gespeicherten Daten über magnetooptische oder magnetoresistive Verfahren durchgeführt.
Werden eine antiferromagnetische Schicht und eine ferromagnetische Schicht in Kontakt gebracht, so koppeln diese über Austauschanisotropieeffekte mindestens hinsichtlich ihrer Magnetisierungskonfiguration. Abhängig von der Balance der Stabilitäten (Anisotropien) der ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schicht bildet sich in der antiferromagnetischen Schicht eine Magnetisierungskonfiguration, die derjenigen der ferromagnetischen Schicht folgt oder in der ferromagnetischen Schicht eine Magnetisierungskonfiguration, die derjenigen der antiferromagnetischen Schicht folgt. Durch Temperaturerhöhung über die Blockingtemperatur wird die Stabilität der Magnetisierungskonfiguration der antiferromagnetischen Schicht so stark geschwächt, dass diese die Magnetisierungskonfiguration der ferromagnetischen Schicht annimmt und diese beim Abkühlen unter die Blockingtemperatur beibehält.
Bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in antiferromagnetischen Schichtsystemen wird das eingesetzte antiferromagnetische Schichtsystem bei einer Betriebstemperatur oberhalb der Blockingtemperatur der antiferromagnetischen Schicht eingesetzt. Über ein ferromagnetisches Bauteil wird dann die Magnetisierungskonfiguration des ferromagnetischen Bauteils in der antiferromagnetischen Schicht mittels Austauschkopplung lokal gespeichert und/oder die Magnetisierungskonfiguration der antiferromagnetischen Schicht von dem ferromagnetischen Bauteil gelesen. Dabei wird zum Speichern der Daten ein Magnetfeld angelegt und das Lesen der Daten wird ohne Anlegen eines Magnetfeldes durchgeführt. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Im weiteren wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 den Aufbau eines Datenspeichers aus dem erfindungsgemäßen
Schichtsystem unter Einsatz von Bauteilen zur lokalen Temperaturerhöhung und
Fig. 2 den Aufbau eines Datenspeichers aus dem erfindungsgemäßen
Schichtsystem unter Einsatz eines magnetischen Bauteils zur Speicherung der Daten
Beispiel 1:
Auf eine kreisrunde Scheibe, die als Trägermaterial 3 dient, wird ein Schichtsystem, bestehend aus 12 nm NiO, 10 nm Ni8ιFeιg und 2 nm Ta als Oxidationsbarriere mittels Kathodenzerstäubung bei 20°C flächig aufgebracht. Während der Schichtabscheidung liegt ein rotationssymmetrisches Magnetfeld der Stärke 1 kA/cm an. Die Blockingtemperatur des so hergestellten Schichtsystems liegt bei 70°C. Im Betrieb rotiert die Scheibe 3 unter einem beweglichen Schreib-Lese-Kopf 4. Im Temperaturbereich von 0°C bis 70°C, der Betriebstemperatur, lässt sich die antiferromagnetische Schicht 2 durch Magnetfelder bis 0,5 T nicht beeinflussen. Durch Einkoppeln eines energiereichen Lichtfleckes in Rotationsrichtung unmittelbar vor dem Schreib-Lese-Kopf 4, lässt sich das Schichtsystem auf Temperaturen von > 85° erwärmen. Die Größe des erwärmten Bereichs 8 hängt von der Größe des Lichtfleckes ab. Durch einen fokussierten Laserstrahl 6 wird ein Lichtfleck von 300 nm Durchmesser erzielt oder durch eine Nahfeldoptik 7 (angespitzter Lichtwellenleiter) das Licht auf eine Fläche von wenigen zehn nm konzentriert. Durch das lokale Überschreiten der Blockingtemperatur wird die durch den Schreib- Kopf 4 in der ferromagnetischen Schicht 1 erzeugte Magnetisierung in die Magnetisierungskonfiguration der antiferromagnetischen Schicht 2 übertragen. Da sich die Scheibe 3 unter dem Lichtfleck und dem Schreib-Lese-Kopf 4 hinwegbewegt, kühlt die beschriebene Stelle unmittelbar nach dem Schreibvorgang wieder unter die Blockingtemperatur von 70°C ab, so dass die eingeschriebene Information stabil gegen äußere Felder ist. Zum Auslesen der geschriebenen Information dient das Streufeld der ferromagnetischen NiβiFeig-Schicht, das von einen magnetoresistiven Lesekopf 4 gemessen wird.
Beispiel 2:
Auf eine kreisrunde Scheibe 3, die als Trägermaterial dient, wird eine 8 nm dicke NiO-Schicht mittels Kathodenzerstäubung bei 20°C flächig aufgebracht. Während der Schichtabscheidung liegt ein rotationssymmetrisches Magnetfeld der Stärke 1 kA/cm an. Im Betrieb bewegt sich die Scheibe 3 unter einem ebenfalls beweglichen Schreib- Lese-Kopf 4. Der Schreib-Lese-Kopf 4 besteht aus einem Schichtsystem NiFe(1 nm) Cu (0,8 nm) Co (10 nm) sowie einem magnetischen Joch, welches von einer Stromspule umgeben ist und in dessen Öffnung sich das Schichtsystem befindet. Zum Schreiben wird der Schreib-Lese-Kopf 4 an die Speicherscheibe 3 angenähert, bis die magnetische Kopplung zwischen der antiferromagnetischen NiO-Schicht 2 und der 1 nm dicken NiβiFeig-Schicht 1 des Lesekopfes 4 hergestellt ist. Durch einen Strom in der Stromspule wird der NiβiFeig-Schicht 1 eine Magnetisierung aufgezwungen, die durch die Austauschanisotropie von der antiferromagnetischen Schicht 2 übernommen wird. Zum Auslesen der Information wird der Schreib-Lese- Kopf 4 auf die gleiche Weise wie zum Schreiben an die Speicherscheibe 3 angenähert. Jedoch fließt kein Strom durch die Spule, so dass sich die dadurch freie NiβiFeig-Schicht 1 entsprechend der Austauschanisotropie der antiferromagnetischen NiO-Schicht 2 ausrichtet.
Bezugszeichen liste
1 ferromagnetische Schicht
2 antiferromagnetische Schicht
3 Trägerschicht
4 Schreib-Lese-Kopf
5 Sammellinse
6 Laser-Strahl
7 Nahfeldoptik
8 erwärmter Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Antiferromagnetisches Schichtsystem, bestehend aus mindestens einer ferromagnetischen (1) und mindestens einer antiferromagnetischen (2) Schicht, wobei die Curie-Temperatur des ferromagnetischen Schichtmaterials (1) über der Blockingtemperatur des antiferromagnetischen Schichtmaterials (2) liegt, und bei dem die ferromagnetischen (1) und antiferromagnetischen (2) Schicht(en) durch Austauschanisotropieeffekte miteinander mindestens hinsichtlich ihrer Magnetisierungskonfiguration gekoppelt sind, und bei dem die Schichtdicke der antiferromagnetischen Schicht(en) (2) eine Funktion der Betriebstemperatur des eingesetzten antiferromagnetischen Schichtsystems (2) ist, wobei mit zunehmenden Betriebstemperaturen die Schichtdicken ebenfalls zunehmen.
2. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem die ferromagnetische(n) (1) und antiferromagnetische(n) (2) Schicht(en) nicht oder nur teilweise im direkten Kontakt stehen, wobei in jedem Fall eine magnetische Wechselwirkung zwischen den Schichten realisiert ist.
3. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 2, bei dem zwischen mindestens einer der ferromagnetischen (1) und antiferromagnetischen (2) Schichten eine nichtmagnetische Zwischenschicht angeordnet ist, wobei die magnetische Wechselwirkung zwischen der ferromagnetischen (1) und der antiferromagnetischen (2) Schicht durch die nichtmagnetische Zwischenschicht nicht wesentlich behindert werden darf.
4. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 3, bei dem die nichtmagnetischen Zwischenschichten Schichtdicken zwischen 0,2 und 2,0 nm aufweisen.
5. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem die Schichtsysteme ausgedehnt und/oder strukturiert sind.
6. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem als ferromagnetisches (1) Schichtmaterial NiFe (Permalloy) eingesetzt ist.
7. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem als antiferromagnetisches (2) Schichtmaterial NiO, IrMn und/oder FeMn eingesetzt sind.
8. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem bei Betriebstemperaturen zwischen 0 und 150 °C Schichtdicken der antiferromagnetischen Schicht (2) zwischen 1 und 20 nm realisiert sind.
9. Antiferromagnetisches Schichtsystem nach Anspruch 1 , bei dem die Schichten laterale Abmessungen im Mikro- und/oder Nanobereich aufweisen.
10. Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in antiferromagnetischen Schichtsystemen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mindestens ein Schichtsystem aus mindestens einer ferromagnetischen Schicht (1) und aus mindestens einer antiferromagnetischen Schicht (2) hergestellt wird, wobei das eingesetzte ferromagnetische Schichtmaterial (1) eine Curie- Temperatur oberhalb der Blockingtemperatur des eingesetzten antiferromagnetischen Schichtmaterials (2) aufweist, und die mindestens eine antiferromagnetische Schicht (2) des Schichtsystems einer ein- oder mehrstufigen lokalen Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Blockingtemperatur des antiferromagnetischen Schichtmaterials (2) und unterhalb der Curie-Temperatur des ferromagnetischen Schichtmaterials (1) unterzogen wird, und anschließend die Abkühlung in Gegenwart eines globalen oder lokalen gerichteten Magnetfeldes durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die lokale Wärmebehandlung mittels eines Lasers (6), einer Nahfeldoptik (7) oder einer leitfähigen Rastersondenspitze durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Lesen der gespeicherten Daten über magnetooptische oder magnetoresistive Verfahren durchgeführt wird.
3. Verfahren zur magnetischen Datenspeicherung in antiferromagnetischen Schichtsystemen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das eingesetzte antiferromagnetische Schichtsystem (2) bei einer Betriebstemperatur oberhalb der Blockingtemperatur der antiferromagnetischen Schicht (2) eingesetzt wird und über ein ferromagnetisches Bauteil (4) die Magnetisierungskonfiguration des ferromagnetischen Bauteils (4) in der antiferromagnetischen Schicht (2) mittels Austauschkopplung lokal gespeichert und/oder die Magnetisierungskonfiguration der antiferromagnetischen Schicht (2) von dem ferromagnetischen Bauteil (4) gelesen wird, wobei zum Speichern der Daten ein Magnetfeld angelegt wird und das Lesen der Daten ohne Anlegen eines Magnetfeldes durchgeführt wird.
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