Untersuchung magnetischer Eigenschaften von Ni-Einkristalloberflächen, Ni- Dünnschichtoberflächen und Ni/Pd-Grenzflächen mit der PAC-Methode

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Magnetismus isolierter Cd-Atome untersucht, die in Kontakt mit einer Ni-Oberfläche standen bzw. in einer Ni-Pd-Grenzfläche eingebaut waren. Die Experimente wurden mit Hilfe nuklearer Methoden (Kap. 2.) in einer UHV-Kammer (Kap. 3) am Massenseparator des CERN in Genf durchgeführt.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde überprüft, unter welchen Bedingungen die von K. Potzger et al. [1] gefundene Korrelation zwischen dem magnetischen Hyperfeinfeld (Kap. 1) und der Koordinationszahl Bestand hat. Diese Korrelation wurde aus den magnetischen Hyperfeinfeldern, die für Cd auf verschiedenen Plätzen auf der Ni- Oberfläche gemessen wurden, abgeleitet.

Aufgrund der Resultate von Kap. 4.1.1 ließ sich schließen, dass die s-Elektronenpolarisation an den Cd-Sondenatomen, die im Kontakt mit Ni stehen, von der lokalen Symmetrie eher unabhängig ist. Es konnte unter anderem gezeigt werden, dass bei gleicher Koordinationszahl NN=4 aber unterschiedlicher Symmetrie die experimentell bestimmten magnetischen Hyperfeinfelder an den Cd- Sondenatomen innerhalb des Fehlerbereiches gleich sind. [2].

Aus den Messungen dieser Arbeit (Kap. 4.1.2) wurden die Vorzeichen der magnetischen Hyperfeinfelder von Cd auf Ni-Oberflächen für die Koordinationszahlen NN = 5, NN = 6, NN = 7 und NN = 9 als negativ erkannt.

Im zweiten Teil dieser Arbeit konzentrierten sich die Experimente auf dünne magnetische Schichten und Grenzflächen. Hier wurden die Cd-Atome als Beobachter innerhalb der Pd- und Ni-Schichten eingesetzt. In Kap. 4.2 wurden sehr präzise ermittelte Hyperfeinparameter der Sondenposition von Cd vorgestellt, das sich in der zweiten Monolage Pd auf einem Ni-Einkristall, bedeckt mit weiteren Monolagen Pd, befand. Das magnetische Hyperfeinfeld der Cd-Sonde hat in dieser Position den Wert Bhf = -1,3(3) T.

Das im Kap. 4.3.1 vorgestellte Experiment ergab, dass 111mCd auf einem Ni-Film von zwei Monolagen, der auf Pd (001) aufgewachsen wurde, bei einer Temperatur von 40 K eine Position einnimmt, die eine axialsymmetrische Umgebung besitzt (Adatom oder substitutionelle Terrasse). Wegen der benutzten tiefen Präparations- und Messtemperaturen wird der Adatomplatz angenommen. Das magnetische Hyperfeinfeld der 111mCd-Adatome wies einen Winkel von 50° zur Oberflächennormalen auf. [3].

In Kap. 4.3.2 wurde gezeigt, dass 111In-Sondenatome aus der Terrassenposition (NN = 8 und NN = 9) auf einem Pd-Einkristall bis zu einer Grenztemperatur stabil sind und nicht durch die erste aufgedampfte Ni-Schicht, bei T = 257 K für Pd(001) und bei T = 80 K für Pd(111), diffundieren.

[1] K. Potzger et. al., Phys. Rev. Lett. 88, 2002, 247201

[2] M.J. Prandolini et. al., Appl. Phys. Lett. 85, 2004, 76

[3] Y. Manzhur et. al., Eur. Phys. J. B 46, 2005, 535

The magnetism of isolated cadmium atoms at different sites on the surface of ferromagnetic nickel and at the Pd-Ni interface was studied with nuclear methods (chapters 2). The experiments were carried out in the UHV chamber ASPIC which was connected to the beam line of the on-line mass separator ISOLDE of CERN in Geneva/ Switzerland (chapters 3)

The first part of this work was dedicated to further investigations on the correlation between the coordination number NN of Cd on different surface sites and the magnetic hyperfine field (chapters 1). This correlation was first established by Potzger et al [1].

The experimental results showed that the s-electron polarisation of the isolated Cd atoms is rather independent on the local symmetry of the environment. Cadmium configurations with four nickel neighbours, NN = 4, on (100)- and (111)-surfaces experience the same magnetic hyperfine fields within the statistical error although their symmetry is different [2] (chapters 4.1.1). It is obvious from another experiment of this series that the signs of the magnetic hyperfine fields of Cd on Ni are negative in the configurations NN = 5, 6, 7, and 9 (chapters 4.1.2).

The second part of this thesis is focussed on the behaviour of the spectator atom Cd in thin Pd or Ni layers which were evaporated on Ni or Pd single crystals. In an experiment with high precision the hyperfine parameters could be determined for a single Cd atom which was implanted into the second layer of a Pd triple layer. The Pd layers were evaporated onto the surface of a Ni crystal. The magnetic hyperfine field of Bhf = - 1.3(3) T could be discriminated from the quadrupolar interaction which was also present in the combined interaction (chapters 4.2).

Taking a double layer of Ni on the Pd(001) crystal surface, on the other hand, the 111mCd probe atoms take positions with an axial symmetry at a temperature of 40 K (adatom or substitutional terrace sites). Taking the low preparation and measurement temperature into account, the substitutional terrace position can be excluded. The induced magnetic hyperfine field is observed to emerge from the plane at an angle of 50(5)o [3] (chapters 4.3.1).

Finally it is shown (chapters 4.3.2) that the 111In precursor atoms keep stable positions in the terraces of the surfaces of Pd single crystals at NN = 8 and NN = 9, respectively, up to temperatures of T = 257 K on Pd(001) and T = 80 K on Pd(111). They do not diffuse into the Ni layers which were evaporated onto the surfaces of the Pd crystals.

[1] K. Potzger et. al., Phys. Rev. Lett. 88, 2002, 247201

[2] M.J. Prandolini et. al., Appl. Phys. Lett. 85, 2004, 76

[3] Y. Manzhur et. al., Eur. Phys. J. B 46, 2005, 535