Müller, Martina:

Electronic structure of ferromagnet insulator interfaces : Fe/MgO and Co/MgO

(2007), 98 S.
Dissertation / Fach: Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007
Abstract:
In dieser Arbeit wird die elektronische Struktur von Fe/MgO und Co/MgO Ferromagnet-Isolator-Grenzflächen mittels spin- und winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie untersucht. Diese Materialsysteme werden typischerweise in magnetischen Tunnelkontakten eingesetzt. Die Photoemissionsuntersuchungen zielen im Besonderen auf Änderungen der elektronischen Struktur des Ferromagneten ab, die durch den Kontakt mit Magnesiumoxidschichten variierender Stöchiometrie hervorgerufen werden. Die Korrelation zwischen chemischer Bindung und elektronischer Struktur wird durch die Kombination von Rumpfniveau- und Valenzbandphotoemissionsspektroskopie analysiert. Die spektralen Charakteristiken werden mit theoretischen Bandstrukturen verglichen, für deren Berechnung die SPR-KKR Methode eingesetzt wird. Die Fe/MgO und Co/MgO Systeme werden mittels Molekularstrahlepitaxie unter Ultrahochvakuum-Bedingungen auf wohldefinierten 4x6-GaAs(001) Substraten deponiert. Zur Analyse der Struktur wird die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) eingesetzt, die eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur der ferromagnetischen Schichten verifiziert. Augerelektronenspektroskopie wird zur quantitativen Analyse der chemischen Beschaffenheit der Probenoberflächen verwendet. Die uniaxiale magnetische Anisotropie der ferromagnetischen Schichten wird mit Hilfe des magneto-optischen Kerr-Effekts bestimmt. Ein wichtiger Parameter ist der Oxidationsgrad der Magnesiumoxidschichten, welcher durch geeignete Fit-Prozeduren des Mg 2p Rumpfniveaus klassifiziert wird. Die Ergebnisse der Photoemissionsexperimente zeigen, dass die elektronische Struktur an Ferromagnet-Isolator Grenzflächen - und mit ihr die Spinpolarisation des Systems - empfindlich von der chemischen Beschaffenheit der Grenzfläche abhängt. In diesem Zusammenhang werden drei Systeme untersucht, die in experimentell hergestellten Ferromagnet-Isolator Schichtsystemen auftreten können: die stöchiometrische, die unteroxidierte und die überoxidierte Fe/MgO und Co/MgO Grenzfläche. In den jeweiligen Fällen können charakteristische Eigenschaften der elektronischen Struktur an der Fermienergie definiert werden. Dabei hängt die Höhe der Spinpolarisation vom Oxidationsgrad der Grenzfläche bzw. der Oxidschicht wie folgt ab: Während die Spinpolarisation im Fall einer stöchiometrischen MgO Bedeckung erhalten bleibt, wird eine Erhöhung bzw. Reduktion der Spinpolarisation für unter- bzw. überoxidierte Grenzflächen beobachtet. Die Modifikationen der elektronischen Struktur werden im Zusammenhang möglicher Modelle der atomaren Struktur der Grenzfläche interpretiert, die die Mechanismen der chemischen Bindung an der Grenzfläche widerspiegeln.