dc.contributor.author
Abrudan, Radu Marius
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:56:12Z
dc.date.available
2007-08-29T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4422
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8622
dc.description
1. FRONTMATTER
2. Chapter 1. INTRODUCTION
3. Chapter 2. BRIEF APPROACH TO MAGNETISM AT THE NANOSCALE
4. Chapter 3. EXPERIMENTAL TECHNIQUES
5. Chapter 4. RESULTS
6. Chapter 5. DISCUSSION
7. Chapter 6. CONCLUSIONS
8. Chapter 7. REFERENCES
dc.description.abstract
The structural and magnetic properties of epitaxially deposited single-
crystalline CoO layers
and Fe/CoO bilayers on Ag(001) were investigated. CoO films on Ag(001) exhibit
(1×1) Low
Energy Electron Diffraction (LEED) patterns similar to the clean Ag(001)
substrate. The vertical
interlayer spacing of the CoO films, deduced from a kinematic analysis of LEED
I(E) curves,
is a⊥/2 = 2.17 A°, slightly expanded along the film normal. Scanning Tunneling
Microscopy
(STM) show a big improvement in the surface roughness after annealing the CoO
films at 750 K
in oxygen atmosphere. Magnetic measurements using the magneto-optical Kerr
effect (MOKE)
show a characteristic increase of the coercive field when the Fe/CoObilayer
system is cooled down
from room temperature to 150 K. The ordering temperature for the
antiferromagnetic layer is in
the same range as the Néel temperature for bulk CoO (TN = 290 K). X-ray
absorption spectroscopy
was employed to probe magnetic and electronic properties with elemental
selectivity.
Absorption spectra taken from bilayers with different amounts of deposited Fe
show only a weak
indication for the formation of Fe oxide at the Fe/CoO interface (0.3 ML Fe).
From the spectral
shape it is concluded that an FeO type of oxide is formed. X-ray Magnetic
Circular Dichroism
(XMCD) measurements exhibit a sizeable induced ferromagnetic signal at the Co
L2,3 absorption
edge, corresponding to an interface layer of 1.1 ML in which the magnetic
spins couple
with the Fe layer. The angular dependence of the X-ray Magnetic Linear
Dichroism (XMLD)
and X-ray Magnetic Circular Dichroism XMCD at both the Co and Fe L2,3 edges
shows the
orientation of the Co and Fe moments in the bilayers with respect to the
crystallographic direction.
PhotoElectron Emission Microscope (PEEM) is used to image each ferromagnetic
and
antiferromagnetic layer separately. Magnetic contrast due to the induced
magnetic spins at the
interface is also recorded.
de
dc.description.abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Struktur und die magnetischen
Eigenschaften von einkristallinen, epitaktisch gewachsenen Fe/CoO-
Doppelschichten
auf Ag(001)- Substraten untersucht. Mit Hilfe des Abscheidens
von Co in einer Sauerstoffatmosphäre konnten dünne, epitaktische CoOSchichten
bis zu einer Dicke von 13 Monolagen (ML) in- situ hergestellt werden.
Um eine hohe kristallographische Ordnung zu erzielen, wurde das Substrat
während der Präparation auf 450 K gehalten und anschließend auf 750
K erhitzt. Die so hergestellten CoO- Schichten weisen ähnlich scharfe (1×1)
Niederenergie- Elektronen- Beugungsmuster (LEED) wie das saubere Ag(001)-
Substrat auf. An Hand von I(E)- LEED- Messungen wurde die Verzerrung
des Gitters senkrecht zur Ebene bestimmt. Der vertikale Abstand der einzelnen
CoO- Lagen konnte mit Hilfe einer kinematischen Analyse der I(E)- LEEDKurven
zu a⊥/2 = 2.17 A° bestimmt werden. Dies entspricht einer leichten Expansion
der ultradünnen CoO/Ag(001)- Schichten senkrecht zur Oberfläche im
Vergleich zur Struktur des Volumenfestkörpers, wie sie auch in anderen
Untersuchungen
am gleichen System gefunden wurde. Es stellte sich heraus, dass
diese vertikale Verzerrung innerhalb der Schicht einen überaus starken
Einfluss
auf die elektronischen und magnetischen Eigenschaften des CoO hat.
DieMorphologie der CoO/Ag(001)- Proben imBereichwenigerMonolagen
wurde vor und nach dem Erhitzen der Probe in Sauerstoffatmosphäre mittels
Rastertunnel-Mikroskopie (STM) untersucht. Vor dem Erhitzen setzt sich
die CoO- Oberfläche aus Inseln mit einer Höhe von 1 1.5 nm zusammen, die
sich nach dem Erhitzen um den Faktor 5 reduziert. In den STM- Bildern sind
dabei gleichzeitig drei atomare Lage sichtbar, wobei die durchschnittliche
Terrassenbreite
etwa 15 nm beträgt. Dies stützt die Schlussfolgerung, dass das in
dieser Arbeit benutzte Präparationsverfahren eine glatte Oberfläche der CoO
Schicht
gewährleisted. Die imnächsten Schritt auf das CoO abgeschiedenen Fe-
Schichten weisen ebenfalls verhältnismäßig scharfe LEED- Spots auf. Um eine
intakte Grenzfläche sicherzustellen, wurde die Probe nach dem Abscheiden der
Fe- Schicht nicht erhitzt.
Die makroskopischen magnetischen Eigenschaften wurden durch Messung
des magneto- optischen Kerr- Effektes bestimmt. Bei Abkühlung der Fe/
CoO/Ag(001) - Proben von Raumtemperatur auf 150 K zeigte sich eine
charakteristische
Vergr ößerung des Koerzitivfeldes (Hc) der Proben. Hierbei konnten
Diskontinuitäten in der Steigung von Hc(T) bei der Temperatur TAFM f ür
CoO- Dicken von 8 ML und 10 ML eindeutig beobachtet werden, während sie
f ür niedrigere Schichtdicken schwerer auszumachen waren. Diese können mit
dem übergang zur antiferromagnetischen Ordnung im CoO identifiziert werden.
Die Ordnungstemperatur der antiferromagnetischen Schicht liegt damit
im Bereich der Néel-Temperatur des CoO- Volumenfestkörpers (TN = 290 K).
Es konnte gezeigt werden, dass die leichte Richtung der Fe- Schicht entlang
der
<110> Richtungen des Ag- Substrates liegt.
Die hohe Sensitivität synchrotronstrahlungsbasierter Techniken
wie Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS), magnetischer
Röntgenzirkulardichroismus
(XMCD) und magnetischer Röntgenlineardichroismus (XMLD)
wurde dazu eingesetzt einen tieferen Einblick in die elementaufgel östen
elektronischen und magnetischen Eigenschaften des Systems Fe/CoO/Ag(001)
zu gewinnen.
Die Experimente wurden sowohl an Fe/CoO- Doppelschichten sowie
reinen CoO- Schichten durchgef ührt. Die unter streifendem Einfall gemessenen
CoO/Ag(001)- Proben wiesen einen sehr großen linearen Dichroismus
(XLD) bei Raumtemperatur auf. Dieser ist auf die vertikale Verzerrung der
CoO- Schicht zur ückzuf ühren. Bei Messungen mit senkrechtem Einfall konnte
in der Ebene der Probe kein XLD- Signal detektiert werden, was die
erwartete vierzählige Symmetrie der Schicht bestätigt. Im Gegensatz dazu
wiesen Fe/CoO- Proben bei 150 K einen magnetischen linearen Dichroismus
bei senkrechten Einfall auf. Aus der sin (2φ) - Abhängigkeit und dem
Verschwinden
des XLD bei Raumtemperatur kann der magnetische Ursprung des
Dichroismus gefolgert werden. Allerdings wurde das magnetische Signal von
einem schwachen strukturellen Signal überlagert, was möglicherweise auf eine
Verkippung der Probe relativ zur azimuthalen Rotationsachse zur ückzuf ühren
ist. An Hand derWinkelabhängigkeit des X(M)LD ließen sich jedoch der
strukturelle
und der magnetische Beitrag zum Dichroismus voneinander trennen.
Dar über hinaus konnten die komplementären Informationen der Ergebnisse
der spektroskopischen XMCD- und XMLD- Untersuchen zusammen
mit denen der Photoelektronenemissions-Mikroskopie (PEEM)-Messungen benutzt
werden, um die Fe/CoO- Grenzfläche sowohl chemisch wie auch magnetisch
vollständig zu charakterisieren.
Die Absorptionsspektren der Fe/CoO- Doppelschichten zeigen nur
schwache Anzeichen von Fe-Oxid-Bildung an der Grenzfläche (entsprechend
0.3 ML Fe). An Hand der spektralen Form kann darauf geschlossen werden,
dass es sich um ein Oxid vom Typ FeO handelt. Das verhältnismäßig hohe
XMCD- Signal an den Co- L2,3\- Kanten liefert den Beweis f ür eine
beträchtliche
Anzahl nicht-kompensierter Co-Momente, die ferromagnetisch an die Fe-
Magnetisierung
koppeln. Dies entspricht einem Beitrag von 1.1 ML CoO. Aus
der Tatsche, dass das Co- L2,3\- XMCD- Signal nicht bei Raumtemperatur
verschwindet
läßt sich schließen, dass sich diese magnetischen Momente an der
Grenzfläche befinden. Die f ür CoO typischen Merkmale in den XAS- Spektren
werden in den Co- XMCD- Spektren reproduziert, was darauf hindeutet, dass
die Co- Spins an der Grenzfläche ihren oxidischen Charakter beibehalten.
Um das Potential von XMCD- und XMLD- PEEM vollständig
auszuschöpfen, wurde eine keilf örmige Fe Schicht auf eine gleichmäßig dicke
CoO- Schicht abgeschieden. Durch den Einsatz dieser beiden unterschiedlichen
Kontrastmechanismen konnten die beiden Schichten unabhängig voneinander
abgebildet werden. Während die Fe- Domänenstruktur durch einen Wechsel
des Polarisation des einfallenden Lichts zwischen links und rechts zirkular
polarisiert
bestimmte wurde, wurde im Fall der CoO- Schicht die Energie der
Röntgenstrahlung zwischen Werten mit negativen und positiven XMLD- Kontrast
gewechselt. Der vier- farbige Kontrast in den Fe- XMCD- Bilden ist ein
Beweis daf ür, dass die Fe- Magnetisierung in jede der h110i- Richtungen in
der Ebene zeigen kann. Die XMCD- Bilder an den Co- Kanten reproduzieren
perfekt die Fe- Domänenstruktur, was noch einmal die parallele Kopplung an
die Fe- Magnetisierung bestätigt. Andererseits weisen die Co- XMLD- PEEMBilder
nur einen zwei- farbigen Kontrast auf, der das Vorhandensein
antiferromagnetischer
Domänen beweist, deren Domänwände an die des Fe gekoppelt
sind. Der zwei- farbige Kontrast ist eine Folge der zweifachen Symmetrie der
antiferromagnetischen Ordnung in der CoO- Schicht. Selbst in Bereichen mit
niedriger bzw. keiner Fe- Bedeckung konnte eine Domänenstruktur mit einer
sehr geringen mittleren Gr öße ausgemacht werden, die auf Grund der begrenzten
Auflösung des eingesetzten Mikroskops allerdings nicht quantifiziert werden
konnte.
Diemagnetische Kopplung zwischen den beiden Schichten wurde durch
Messung der azimuthalen Winkelabhängigkeit nachgewiesen. Die Fe- XMCDSpektren
bei Raumtemperatur und 150 K wiesen eine Fe- Magnetisierung entlang
<110> in übereinstimmung mit den MOKE- Ergebnissen auf. Auf der anderen
Seite weist dieWinkelabhängigkeit des Co- XMLD eine Orientierung der
Spins entlang einer der <110> - Richtungen in der Ebene auf. Durch den
Vergleich
mit aktuellen experimentellen Ergebnissen und theoretischen Multiplett-
Rechnungen an dem System Co/NiO konnte auf die Existenz einer parallelen
Kopplung zwischen der Fe- Magnetisierung und der Co- Spinachse im System
Fe/CoO/Ag(001) geschlossen werden. Diese parallele Kopplung kann durch
die verhältnismäßig große Anzahl an nicht-kompensierten Co- Spins an der
Fe/CoO- Grenzfläche zur ückgef ührt werden.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Growth, Structure and Magnetic Properties of Single Crystalline Fe/CoO/Ag(001)
Bilayers
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Wolfgang Kuch
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Paul Fumagalli
dc.date.accepted
2007-07-16
dc.date.embargoEnd
2007-10-22
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000003192-8
dc.title.translated
Wachstum, Struktur und magnetische Eigenschaften von einkristallinen
Fe/CoO/Ag(001) Doppelschichten
de
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000003192
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http://www.diss.fu-berlin.de/2007/593/
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