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Development of a micro-Hall magnetometer and studies of individual Fe-filled carbon nanotubes

Lipert, Kamil

German Title: Aufbau eines Mikro-Hall-Magnetometers und Untersuchungen individueller Nanomagnete

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Abstract

This work presents Hall magnetometry studies on individual Fe-filled carbon nanotubes (CNT). For this approach high sensitivity micro Hall sensors based on a GaAs/AlGaAs heterostructure with two dimensional electron gas (2DEG) were developed. Electron beam lithography and wet chemical etching were utilized for patterning Hall sensors onto the heterostructure surface. The devices were characterized by means of scanning electron microscopy, atomic force microscopy and transport measurements. Individual Fe-filled CNTs were placed on active part of devices (800 × 800 nm2) with aid of micromanipulator system. Measurements on an individual iron nanowires confirmed devices applicability for measurements of nanoscale magnets. High nucleation fields were found of about 900 mT for a Fe nanowire with diameter of d = 26 nm. The magnetization reversal mechanism was found to be a localized process whereas the angular dependence of nucleation fields is in a good agreement with a curling mode. Through magnetization studies performed on differently functionalized ensembles of CNT by means of Alternating Gradient – and Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometry a strong influence of a remaining ferromagnetic catalyst material on the magnetic properties of CNT was observed. Magnetization studies proved that a post annealing method removes catalyst material completely.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit werden experimentelle Untersuchungen individueller Fe-gefüllter Kohlenstoffnanoröhren (CNT) mittels Hall-Magnetometrie präsentiert. Hierfür wurden auf Basis von GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen mikrostrukturierte Hall-Sonden hergestellt, welche die Untersuchung der Streufelder einzelner nanoskaliger Magnete ermöglichen. Die Hall-Sensoren wurden mit Elektronenstrahllithographie und chemischen Nassätzverfahren strukturiert und mittels Rasterelektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Transportmessungen charakterisiert. Mit einem Mikromanipulator wurden einzelne Fe-CNT auf die aktive Fläche (800 × 800 nm2) der Sensoren platziert. Messungen an den Fe-CNT zeigen die Anwendbarkeit der Sensoren für die Untersuchung nanoskaliger Magnete. Die Untersuchung eines einzelnen Fe-Nanodrahtes mit Durchmesser d = 26 nm zeigt, dass die Ummagnetisierung in einen lokalisierten Prozess stattfindet, wobei die Winkelabhängigkeit der Nukleationsfelder sich sehr gut im Rahmen des Curling Modells beschreiben lässt. Abhängig vom gewählten Winkel treten Nukleationsfelder bis etwa 900 mT auf. Neben einzelnen Nanodrähten wurden auch die magnetischen Eigenschaften von Ensembles unterschiedlich funktionalisierter CNT mit alternierender Gradienten- und SQUIDMagnetometrie untersucht. Dabei wurde der Einfluss ferromagnetischer Katalysatorpartikel im Detail untersucht und es konnte gezeigt werden, dass durch eine nachträgliche Wärmebehandlung der CNT das Katalysatormaterial vollständig entfernt werden kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Klingeler, Prof. Dr. Rüdiger
Date of thesis defense: 22 July 2011
Date Deposited: 09 Aug 2011 13:58
Date: 2011
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Nanomagnet , micro-Hall magnetometry , magnetization reversal
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