Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

7. Der ferromagnetische Halbleiter EuO
tallgitter eingebaut, ergibt sich neben eines zusätzlichen indirekten Austausches durch
die elektronische Dotierung (Kapitel 7.3.2) auch ein Einfluss auf die Gitterkonstante.
Werden beispielsweise Gd 3+ -Ionen (Ionenradius 0,938 Å [177]) anstatt der Eu 2+ -
Ionen in den Kristall eingebaut, zeigt sich eine Reduktion der Gitterkonstanten, wie
Messungen an Gd-dotierten Einkristallen zeigen [59]. Dieser Effekt wurde auch für
dünne Gd-dotierte EuO-Filme beobachtet [48, 159]. Spektroskopische Messungen in
Kombination mit Bandstrukturrechnungen zeigen, dass die Erhöhung von T C in Gddotierten
EuO-Filmen nicht allein durch den zusätzlichen indirekten Austausch aufgrund
der elektronischen Dotierung erklärt werden kann. Ein entscheidender Beitrag
zur T C -Erhöhung ergibt sich durch den zusätzlichen Austausch aufgrund des Einbaus
der kleineren Gd 3+ -Ionen ins EuO-Gitter und der damit verbundenen Kontraktion
der Gitterkonstanten [67].
7.3.2. Magnetische Eigenschaften von elektronisch dotiertem EuO
Für elektronisch dotiertes EuO ändern sich neben den Transport- (Kapitel 7.2) auch
die magnetischen Eigenschaften. Durch eine zusätzliche indirekte Austauschwechselwirkung
lässt sich die Curie-Temperatur von 69 K auf bis zu 200 K [56] steigern.
Experimentelle Studien zur Erhöhung von T C
Zur Erhöhung von T C wurden die in Kapitel 7.2.1 genannten Dotanten eingesetzt.
Das größte bisher berichtete T C von 200 K wurde an einem 10 % La-dotierten Film
gemessen [56]. Hohe Curie-Temperaturen von 180 K wurden auch für die Dotierung
polykristalliner EuO-Filme mit Eisen berichtet [70]. Eine umfassendere Diskussion
der Fe-Dotierung von EuO-Filmen inklusive Messungen an einer Dotierserie sowie
an Filmen, die auf unterschiedlichen Substraten bei unterschiedlichen Temperaturen
gewachsen wurden, befindet sich in Anhang F.
In den meisten Studien wurde Gd als Dotant verwendet, da Gd 3+ dieselbe Elektronenkonfiguration
besitzt wie das zu ersetzende Eu 2+ -Ion, aber zusätzlich ein Elektron
dotiert. Somit wird erwartet, dass das magnetische Gitter aus den 4f-Spins, die den
Heisenberg-Austausch erzeugen, nicht gestört wird.
Die Abhängigkeit der Curie-Temperatur von der Gd-Dotierung x in Eu 1−x Gd x O-Filmen
wurde bereits mehrfach untersucht [63–65,72]. Alle Studien berichten von einem
Maximum in T C (x). Die maximal erreichbare Curie-Temperatur variiert allerdings in
den drei Studien beträchtlich. So erreichen Ott et al. maximal 170 K bei x = 0,04.
Bei Sutarto et al. bzw. bei der in meiner Diplomarbeit untersuchten Eu 1−x Gd x O-
Probenserie fällt das Maximum deutlich geringer aus (125 K bei x = 0,06 bzw. 129 K
bei x = 0,08). Während die Filme in den beiden letztgenannten Fällen epitaktisch
gewachsen wurden und keine Sauerstofffehlstellen aufweisen (adsorption controlled
growth mode (Kapitel 7.5.2)) und somit vergleichbar miteinander sind, haben Ott
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