Open Access

Thorsten Hofmann

• Viele mikroskopische Vorgänge in Festkörpern und molekularen Verbindungen sind verbunden mit Änderungen ihres Magnetisierungszustandes. Dies macht den Einsatz externer Magnetfeldsensoren interessant, die sich über wohlbekannte Effekte kalibrieren ließen und dann im Messeinsatz quantitative Aussagen liefern können. Nun laufen viele der interessanten magnetischen Vorgänge in besagten Materialien auf sehr schnellen Zeitskalen im Piko- und Subpikosekundenbereich ab. Kein etablierter Magnetfeldsensor kann diese Anforderung leisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine systematische Untersuchung verschiedener Ansätze zum Bau ultraschneller Magnetfelddetektoren durchgeführt. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Potential photokonduktiver Ringantennen als Emitter und Detektor für ultraschnelle Magnetfelder. Ein alternativer Ansatz zur Messung transienter Magnetfelder besteht in der Verwendung magnetooptischer Sensoren, wie sie in verschiedenen Anwendungen, in denen keine Zeitauflösung gefordert wird, bereits zum Einsatz kommen (z. B. in der Faradaymikroskopie). Es wird eine für ultraschnelle Magnetooptik vielversprechende Materialklasse als Sensormaterial vorgestellt: die DMS-Systeme. Das sind magnetisch dotierte Verbindungshalbleiter, die in der Umgebung ihrer exzitonischen Resonanzen gewaltige Verdetkonstanten aufweisen. Parallel zu den DMS-Systemen wird das Verhalten eines dotierten Eisengranats untersucht, der als Ferrimagnet völlig andere Voraussetzungen als Messsensor bietet. Darüber hinaus werden verschiedene experimentelle Techniken zur Messung magnetooptischer Phänomene vorgestellt und ihre Vor- und Nachteile ausführlich diskutiert. Es wird ein Verfahren entwickelt, das trotz des Einsatzes der hochempfindlichen Differenzdetektion eine gewisse spektrale Auflösung gewährleistet und deshalb den Betrieb der DMS-Systeme als magnetooptische Sensoren erst ermöglicht. Es werden für die verschiedenen Messmethoden und magnetooptischen Materialien die Grenzen der Nachweisempfindlichkeit analysiert und ihre Eignung als schnelle Detektoren untersucht. Die verschiedenen Vor- und Nachteile der beiden Sensorsubstanzen wird anhand der gemessenen magnetischen Transienten detailliert analysiert. Anschließend wird das Optimierungspotenzial der beiden Materialklassen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung ausgearbeitet und dargestellt.