Vektor-MOKE-Untersuchungen an epitaktischen Eisenschichten

4 Materialsystem Fe auf MgO
Bei den im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Proben handelt es sich um Eisenschichten auf
Magnesiumoxid mit einer Siliziumschutzschicht. In diesem Kapitel werden einige grundlegende
Eigenschaften dieser Materialien und des aus ihnen gebildeten Systems betrachtet.
Zunächst werden die verwendeten Materialien einzeln vorgestellt:
• Magnesiumoxid (MgO)
Magnesiumoxidkristalle werden als Substrat für die Proben verwendet. Die Kristalle haben
eine Natriumchlorid-Struktur und setzen sich aus Mg 2+ - und O 2− -Ionen zusammen.
Die Gitterkonstante von MgO ist aMgO=4.212 ˚A [33]. Die Substrate sind so geschnitten,
dass Eisen auf der (001)-Oberfläche des MgO aufwächst. Bei der verwendeten Wellenlänge
sind MgO-Kristalle fast vollständig transparent [34]. Da MgO diamagnetisch
ist, tritt bei diesem kein MOKE auf.
• Eisen (Fe)
Eisen wird als dünne Schicht (4-12 nm) auf das MgO aufgedampft und wächst kristallin
auf. Es kann in drei verschiedenen Kristallstrukturen Vorliegen, α-Fe, γ-Fe und
δ-Fe [35]. In unserem Fall wächst das Eisen in α-FE Struktur auf, da die beiden anderen
Strukturen nur bei höheren Drücken und Temperaturen existieren. Die kubischraumzentrierte
Kristallstruktur von α-Fe weist die Gitterkonstanten aFe=2.866 ˚A auf.
Die CURIE-Temperatur von Eisen beträgt 768 ◦ C. Unterhalb dieser Temperatur ist es
ferromagnetisch. Daher tritt für die Eisenschichten der MOKE auf. Als Maß dafür wie
tief das Licht in den Eisenfilm eindringt kann die Eindringtiefe betrachtet werden. Diese
liegt für die verwendete Wellenlänge von 632,8 nm bei δ ≈ 32 nm(siehe Kap.2.1.1).
• Silizium (Si)
Silizium wird als Schutzschicht verwendet, um ein Oxidieren des Eisenfilms zu verhindern.
Es wächst auf dem Eisen amorph auf. Da Silizium sehr reaktiv ist, reagiert es
mit der umgebenden Atmosphäre. Wenn in dieser Sauerstoff vorhanden ist, oxidiert die
Oberfläche der Siliziumschicht zu Siliziumdioxid. Danach ist die Schutzschicht somit
zweigeteilt und besteht aus einer Si- und einer SiO2-Schicht. Die Schutzschicht wird
möglichst dünn gewählt, damit der Einfluss auf das Licht gering bleibt. Da Si und SiO2
diamagnetisch sind, entsteht durch sie kein Beitrag zum MOKE. Auf die Messungen
hat die Schutzschicht somit keinen Einfluss [36].
Die Herstellung der Proben geschieht in einer Ultra Hoch Vakuum (UHV) Kammer auf die folgende
Weise. Die MgO Substrate werden zunächst durch Heizen gereinigt und die Struktur der
Oberfläche mit Low Energy Electron Diffraction (LEED) Messungen überprüft. Anschließend
wird eine Eisenschicht durch Molecular Beam Epitaxy (MBE) aufgebracht. Dies geschieht
bei einem Druck von 5*10 −8 mbar und mit einer Geschwindigkeit von ≈1 nm/min. Sobald
die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird die Struktur des aufgewachsenen Films durch
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