dc.contributor.author
Mozaffari-Afshar, Mohsen
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:08:49Z
dc.date.available
2002-02-20T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11525
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-15723
dc.description
## Inhaltsverzeichnis:
Titel, Gutachter, Danksagung
Kurzfassung
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
3 Experimentelles
4 Strukturelle und morphologische Daten
5 FMR von Ni/Al2O3(11-20)
6 FMR von Fe/Al2O3(0001)(√31×√31)R±9°
7 FMR von Fe/Al2O3(0001)(1×1)
8 FMR von Ni/Al2O3(0001)(√31×√31)R±9°
9 Zusammenfassung
Literatur
dc.description.abstract
Die magnetischen Eigenschaften der Ni- und Fe-Cluster auf Saphir und die
Korrelation mit deren geometrischen Strukturen sind der Schwerpunkt der
vorliegenden Arbeit. Um diesen Zusammenhang herzustellen, wurde neben den
magnetischen Eigenschaften, die mit Hilfe von ferromagnetischen Resonanz-
Experimenten untersucht wurden, auch die geometrische Struktur der Deponate
mit Hilfe von AFM-Messungen unter UHV-Bedingung und ex-situ SEM-Messungen für
Ni-Proben untersucht. Im System Ni auf Al2O3(11-20) findet man oberhalb einer
bestimmten Schichtdicke ein schmales ferromagnetisches Resonanzsignal. Die
Analyse der Linienbreite zeigt, daß es sich dabei um einen magnetisch gut
geordneten, zweidimensionalen Film handelt. Dieser Film ist durch eine große
uniaxiale out-of-plane-Anisotropie charakterisiert, wobei die leichte Achse
der Magnetisierung in der Filmebene liegt. Als Ursache für die starke
Anisotropie kann eine substratinduzierte Anisotropie aufgrund der
Gitterfehlanpassung zwischen Ni und der Substrat-Oberfläche genannt werden.
Das Tempern führt zum Aufbrechen des Films und zur Bildung von großen Clustern
in der Größenordnung von 50 bis 100 nm. Die Cluster-Bildung führt zu einer
Zunahme der FMR-Linienbreite, die als Einfluß der Cluster verschiedener Größe
und Form verstanden wird. Zusätzlich wird eine Abnahme des gemessenen
effektiven Anisotropiefeldes beobachtet. Kühlt man die Probe ab, so wird eine
Reorientierung der Magnetisierung von einer parallelen zu einer senkrechten
Ausrichtung zur Substratebene beobachtet. Dieser Spin-Reorientierungsübergang
läßt sich durch eine Konkurrenz zwischen der Form-Anisotropie und der
magnetokristallinen Anisotropie erklären. Neben etwas dickeren Filmen und
großen Clustern wurden auch kleine Cluster im Bereich einiger weniger Å
nomineller Schichtdicke untersucht. Die AFM-Messungen von Ni auf der
rekonstruierten Al2O3(0001)-Oberfläche zeigen ein dreidimensionales Wachstum.
Nach dem Tempern findet man eine Zunahme der FMR-Intensität. Diese hat zwei
Gründe: Der eine ist die Koaleszenz der Teilchen. Die kleinen Partikel, die
aufgrund ihres ausgeprägten, superparamagnetischen Charakters wenig zur
Signalintensität beitragen, existieren nach dem Tempern nicht mehr in der
Häufigkeit, sondern sind mit größeren Teilchen verschmolzen, die einen
stärkeren ferromagnetischen Charakter erhalten. Der andere Grund ist die
Kristallisation der Teilchen: Die Atome nehmen ihre Gitterplätze ein. Das hat
zur Folge, daß die atomaren magnetischen Momente eines Teilchens effektiver
aneinander gekoppelt sind und damit das magnetische Moment des Teilchens
steigt. Diese Interpretation läßt sich in einem direkten Vergleich mit den
morphologischen Ergebnissen aus den AFM-Messungen für Ni bestätigen. Die
Temperaturabhängigkeit des magnetischen Moments eines Ensembles der Ni-
Teilchen auf einer Saphir-Oberfläche weist ein Curie-artiges Verhalten auf,
wobei die Curie-Temperatur der Teilchen von der Teilchengröße abhängt. Die
Curie-Temperatur der Ni-Teilchen ist deutlich niedriger als die im Volumen und
höher als die der Ni-Filme vergleichbarer Schichtdicke, was aufgrund der
mittleren Koordinationszahl in den jeweiligen Systemen verstanden werden kann.
Die Temperaturabhängigkeit des magnetischen Moments eines Ensembles kleiner
Fe-Teilchen auf der Al2O3(0001)-Oberfläche zeigt im Gegensatz zu Ni ein
Langevin-artiges Verhalten, das sich anhand eines Modells thermisch
aktivierter Fluktuation des magnetischen Moments (superparamagnetischer
Effekt) erklären läßt.
de
dc.description.abstract
The magnetic properties and the correlation between the magnetic and geometric
structures of Ni and Fe clusters on sapphire were studied. The magnetic
properties were investigated by ferromagnetic resonance under UHV conditions,
and the geometrical structures were conducted for Ni samples by AFM
experiments under UHV conditions and ex-situ SEM experiments. The system of
high coverage of Ni on Al2O3(11-20) shows a narrow ferromagnetic resonance
signal due to a magnetic well ordered two-dimensional film. This film is
characterized by a strong uniaxial out-of-plane anisotropy which aligns the
magnetisation parallel to the substrate. The origin of this strong anisotropy
is a substrate induced anisotropy due to the misfit between Ni and the surface
of the substrate. After annealing the film breaks up and forms large clusters
in the range of 50 - 100 nm, causing an increase in the FMR linewidth which
can be understood as the influence of clusters with different sizes and
shapes. Concurrently, we observe a decrease of effective anisotropy. Cooling
of this system leads to a reorientation of magnetisation from the parallel to
the perpendicular direction relative to the substrate. This spin reorientation
transition is due to the balance of shape anisotropy which favours a
magnetisation parallel to the substrate and the magnetocrystalline anisotropy
which favours in this case a magnetisation perpendicular to the substrate.
Additionally, we investigated the small cluster in the range of a few Å
nominal coverage. AFM measurements performed on Ni on Al2O3(0001)(√31×√31)R±9°
revealed a three-dimensional growth mode. After annealing the FMR intensity
increased, due to coalescence and crystallisation of clusters. The coalesced
clusters were larger as compared to clusters in the non-annealed sample.
Larger clusters show a smaller superparamagnetic effect. This leads to an
increase of the intensity. The crystalline structure of clusters showed the
formation of ordered, low index surfaces with relatively high packing density
compared with the non-annealed sample. This causes a more effective
ferromagnetic coupling of the atoms in the cluster and an increase of the
magnetic moment of the cluster. This interpretation was confirmed by AFM
measurements of Ni. A splitting of the FMR signal was observed after
annealing, which was interpreted as the influence of the magnetocrystalline
anisotropy. The temperature dependence of the magnetic moment of an ensemble
of small Ni clusters on sapphire shows a Curie-like behaviour. The Curie
temperature of clusters depends on the cluster size and is lower than the
Curie temperature of Ni in the bulk and higher than the Curie temperature of
Ni thin films of comparable coverage. This can be understood by a model which
connects the Curie temperature with the average coordination number. In
contrast to Ni, the temperature dependence of the magnetic moment of an
ensemble of small Fe clusters on reconstructed Al2O3(0001)(√31×√31)R±9°
exhibit a Langevin-like behaviour. This can be interpreted by a model based on
the thermal fluctuation of the magnetic moment of small single domain clusters
(superparamagnetic effect).
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
superparamagnetism
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Magnetische Eigenschaften von Ni- und Fe-Clustern auf Isolatoroberflächen -
eine FMR-Studie -
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hans-Joachim Freund
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Klaus Baberschke
dc.date.accepted
2002-02-11
dc.date.embargoEnd
2002-02-21
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2002000225
dc.title.translated
Magnetic properties of Ni- and Fe-clusters on insulating surfaces - an FMR
study
en
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000000610
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2002/22/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000000610
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access