Unit cell thick ferrimagnetic Heusler domain wall motion using chemical templating layers

Abstract

In dieser Arbeit wir eine neue Methode zum Chemical Templating vorgestellt, mit der bulkartige magnetische Eigenschaften von tetragonal verzerrten Heusler-Strukturen in Dünnschichten erzielt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Heusler-Dünnfilme auf atomar geordneten CoAl, CoGa, CoGe, CoSn gewachsen werden, die als Grundlage für eine chemische Ordnung innerhalb der Heusler-Strukturen sogar bei Raumtemperatur dienen. Die Mn3Z-Familie von Heusler-Legierungen mit Z = Ge, Sn, Sb zeigt eine exzellente senkrechte Anisotropie-Eigenschaften. Die Richtung der stromgetriebenen Bewegung magnetischer Domänen in Racetracks aus Nanodrähten durch die Bulk-Spinpolarisation der Heusler bestimmt ist. Messung mit magnetischen Feldern in der Filmeebene gezeigt, dass chirale Spin-Bahn-Drehmomente eine Wichtige Rolle spielen. Es wird aufgezeigt, dass dies von einer bulkartigen Dzyaloshinskii-Moriya sowie von einem Spin-Hall-Effekt in dem Chemical-Templating-Schichten herrührt. Die Ergebnisse stellen den ersten Nachweis von Domänenwandbewegung in ultradünnen Heusler-Strukturen dar und dienen somit als ein wichtiger Schritt für die Anwendung von Heusler-Strukturen in der Spinelektronik.

In this thesis, is shown a novel chemical templating technique where bulk like magnetic properties in tetragonally distorted Heusler films can be achieved. This is done by growing the Heusler films on atomically ordered CoAl, CoGa, CoGe, CoSn, underlayers that template chemical ordering within the Heusler films, even at room temperature. The Mn3Z family of Heusler alloys is mainly investigated, Z=Ge, Sn, Sb, displaying excellent perpendicular magnetic anisotropy. The current driven domain wall motion direction in nanowire Racetracks from these films is determined by the bulk spin polarization of the Heusler. Moreover, a significant contribution from chiral spin orbit torques is revealed when studied applying in-plane magnetic fields. A bulk in origin Dzyaloshinskii-Moriya interaction and a spin Hall effect from the chemical templating layers are identified. These results are the first demonstration of domain wall motion in ultra-thin Heusler alloys and this work is an important step to enable Heusler spintronic applications.