Magnetic memory is the major information storage method for the last sixty years. Since its invention, this technology has undergone very rapid and vast improvements while being challenged by the requirement for higher data storage capacities, for lowering the cost of production and for less power consumption. To supply those demands, the industry constantly tries to develop new techniques. The ultimate goal of the information storage industry is to invent 3D memory systems such that the data are recorded in a three dimensional volume instead of a two dimensional thin film. In this work, two different 3D magnetic memory systems are introduced and experimented. Both of these devices utilize novel concepts of spintronics. First system makes use of a spin-laser and is based on optical magnetization reversal via circularly polarized light. The second system is a multilayer structure where domain walls are moved along ferromagnetic nanowires by the application of spin-polarized current and vertical data shift is achieved through heat assistance. In the first part of this thesis, the structure and the working principles of the former system, will be introduced and explained as an idea whereas the second part concerns with experiments for realizing the latter system. To fabricate the magnetic multilayer structure, sputter deposition and photolithography are employed. Experiments are carried out for electrical, thermal and magnetic characterization of fabricated thin films. EDS and XPS are done for stoichiometric analysis of samples. Surface properties are examined via stylus profiling and AFM. Finally, the distribution of magnetic domains is visualized with MFM. The experimental scope of this study is to establish the preliminary conditions for realizing a 3D magnetic memory structure and demonstrate how this spin-based system operates for the goal of boosting data storage capacity of future information storage devices.

Manyetik hafızalar son altmış yıldır en yaygın kullanılan bilgi depolama yönte- midir. Bu teknoloji icat edildiğinden beri çok büyük ve hızlı gelişmeler yaşamış olmasına rağmen sürekli daha yüksek hafıza kapasitesi, daha ucuz üretim ve daha az güç tüketimi gibi sorunlara çözüm bulmak zorunda kalmıştır. Endüstri ise bu talepleri karşılayabil mek için sürekli yeni teknikler geliştirmeye çalışmaktadır. Bilgi depolama endüstrisinin nihai hedefi, ise uzun süreden beri kullanılmakta olan 2 boyutlu hafızaları geride bırakarak, verilerin iki boyutlu ince filmler yerine üç boyutlu hacimlere kaydedilmesini sağlayan üç boyutlu manyetik hafıza sistemlerini geliştirmektir. Bu çalışmada, iki farklı üç boyutlu manyetik hafıza sistemi sunulacak ve bu sistemlerin deneyleri yapılacaktır. Iki cihaz da spintronikteki yeni geliştirilmiş konseptleri kullanmaktadır. Sistemlerden bir tanesi spin-lazerin kullanılması ile dairesel polarizasyonlu ışık sayesinde manyetizasyon değişimi temeli üzerine dayanmaktadır. Çok katmanlı bir yapı olan ikinci sistemde ise, spin-polarizasyonlu akım uygulanmasıyla domen duvarlarının ferromanyetik nano boyutlu tellerde hareket ettirilmesi ve ısı yardımıyla dikey doğrultuda verilerin taşınması sağlanır. Bu tezin ilk bölümünde ilk sistemin yapısı ve çalışma prensipleri fikir olarak tanıtılacak ve açıklanacaktır. Ikinci bölümde ise diğer manyetik hafıza sisteminin gerçekleştirilme için yapılan deneyleri kapsamaktadır. Çok katmanlı yapıların üretimi sputter kaplama yöntemi ve fotolitografi ile yapılmıştır. Üretilen ince filmlerin elektriksel, ısısal ve manyetik karakterizasyonu için çeşitli yöntemler kullanılmış, örneklerin kimyasal karakterizasyonu EDS ve XPS ile yapılmıştır. İnce filmlerin yüzey özellikleri profilometre ve atomik kuvvet mikroskobu ile belirlenirken manyetik domenlerin dağılımları manyetik kuvvet mikroskopu ile gö- rüntülenmiştir. Bu çalışmanın deneysel çerçevesini ve amacını geleceğin bilgi depolama aletlerinin hafıza kapasitelerinin arttırılması için öne sürülen spin-temelli üç boyutlu hafızaların gerçekleştirilmesi için yapılan deneyler oluşturmaktadır.