Magnetic monolayers on semiconducting substrates : an in situ FMR study of Fe-based heterostructures

(2007), XII, 178 S.
Dissertation / Fach: Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007
Abstract:
Das Wachstum, die magnetische Anisotropie, der g-Faktor und die Magnetisierung von auf GaAs(001), InAs(001) und InP(001) gewachsenen Fe-Monolagen wurden durch eine Kombination von in situ UHV ferromagnetischer Resonanz und SQUID-Magnetometrie als Funktion der Temperatur und Schichtdicke untersucht. Gitterfehlanpassung und Oberflächenrekonstruktion verursachen eine Gitterverspannung, deren Einfluss auf dei magnetische Anisotropie quantifiziert wurde. Bei allen Systemen wurde bei Zimmertemperatur ein Spinreorientierungsübergang in der Ebene beobachtet. Um die leichte Richtung, den Spinreorientierungsübergang und die Anisotropiebeiträge zu erklären, wurde ein magnetoelastisches Modell herangezogen, für das mit Hilfe niederenergetischer Elektronenbeugung die Gitterverspannung direkt gemessen worden ist. Während dieses Modell eine quantitative Erklärung für die senkrechte Anisotropie gibt, muss man für die Anisotropie in der Ebene die veränderte elektronische Struktur an der Grenzfläche mit berücksichtigen. Der Einfluss von Ag- und Au-Puffer- und Abdeckschichten auf die magnetischen Anisotropiebeiträge wurde untersucht. Hierzu wurden die temperaturabhängige magnetische Anisotropie, die Oberflächen-Grenzflächen und Volumenbeiträge zur magnetischen Anisotropie von Fe-Monolagen auf GaAs(001) bestimmt. Im Rahmen des "Callen-Callen" Modells wurde der erwartete Zusammenhang zwischen magnetischer Anisotropie und Magnetisierung in dünnen Filmen bestätigt. Die Temperaturabhängigkeit des Volumenbeitrages zur senkrechten magnetischen Anisotropie wurde durch die Temperaturabhängigkeit der magnetoelastischen Anisotropie vollständig erklärt. Es wurde beobachtet, dass Fe-Filme eine temperaturgesteuerte, morphologische Umwandlung zeigen, die in Abhängigkeit von der Schichtdicke bei Temperaturen von mehr als 550 K auftritt. Ferner wurden die auf MgO(001) epitaktisch gewachsene, dünne, binäre, Fe3Si Heuslerlegierung untersucht. Zusätzlich zu den strukturellen Eigenschaften wurden die magnetische Anisotropie, die Magnetisierung, der g-Faktor, der Spin- und Bahnmagnetismus, und die magnetischen Relaxationsmechanismen als Funktion der Si-Konzentration, Probenbehandlung und Schichtdicke untersucht. Das "Arias-Mills" Modell wurde bestätigt und benutzt, um die magnetischen Relaxationsparameter zu bestimmen. Zwei unterschiedliche Relaxationskanäle, die dissipative, isotrope Gilbert-Dämpfung sowie die anisotrope Zwei-Magnonenstreuung wurden gleichzeitig identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl eine Änderung der Schichtdicke von 8 zu 40 nm als auch eine Modifikation der Fe-Konzentration die Relaxationskanäle beeinflussen, und somit dazu verwendet werden können, die Relaxationsraten festzulegen.