Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

7. Der ferromagnetische Halbleiter EuO
in Abbildung 7.1 dargestellt. Aus der NaCl-Struktur ergibt sich eine hohe Eu-Ionen-
Dichte von
n Eu = 4 a 3 = 4
(5,144 Å) 3 = 2,939 · 1028 1/m 3 . (7.1)
bei Raumtemperatur. Der Faktor 4 berücksichtigt die 4 Eu-Atome pro Einheitszelle.
Der Wert aus Gleichung 7.1 ist etwa 40 % größer als die Eu-Dichte in elementarem
Europiummetall. 1
Abbildung 7.1.: Schematische Darstellung der Einheitszelle von EuO, das in der NaCl-Struktur
kristallisiert. Die Gitterkonstante beträgt 5,144 Å [153], die Koordinationszahl
sechs.
EuO und Eu 3 O 4 sind an Luft instabil und oxidieren weiter zum stabilsten Oxid Eu 2 O 3 .
Daher ist es notwendig, EuO-Filme vor Oxidation zu schützen. Näheres wird in Kapitel
7.5.1 erläutert. Für die vorliegende Arbeit spielt weiterhin monoklines Eu 2 O 3 eine
wichtige Rolle. Abbildung 7.2 zeigt schematisch dessen Einheitszelle. Diese Modifikation
tritt in Einkristallen bei Raumtemperatur nicht auf, wohl aber in dünnen Filmen
[158]. Da Eu 2 O 3 aber nur als Zwischenstufe für die Herstellung von EuO Verwendung
findet, werden im Folgenden nur die weiteren Eigenschaften von EuO beschrieben.
7.2. Elektronische Eigenschaften von EuO
Stöchiometrisches EuO ist ein indirekter Halbleiter [57,159,160], dessen Bandlücke von
Mauger und Godard zu 1,2 eV [157] bzw. von J. O. Dimmock zu 1,12 eV [8] bestimmt
wurde. Abbildung 7.3 zeigt ein vereinfachtes Energieschema, wie es von Wachter anhand
von Messdaten vorgeschlagen wurde [161]. Das Valenzband in EuO wird von
den halb besetzten 4f-Orbitalen von Europium gebildet. Die andere Hälfte der 4f-
Orbitale befindet sich etwa 12 eV darüber [162–164]. Die 2p-Orbitale des Sauerstoffs
liegen im Valenzband noch tiefer. Das Leitungsband bilden die 6s- und die 5d-Orbitale
von Eu.
1 Eu kristallisiert in der bcc-Struktur mit einer Gitterkonstanten von 4,58 Å [77], woraus sich eine
Eu-Dichte von n Euatomar = 2 /a 3 Eu
= 2 /(4,58 Å) 3 = 2,08 · 10 28 1/m 3 ergibt.
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