Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

A.2. Weitere Methoden zur Untersuchung dünner Filme
Aus der Intensität und der Energie des Rückstreuspektrums der Ionen kann auf die im
Film vorhandenen Elemente und deren Konzentrationen geschlossen werden. Im Fall
von EuO-Filmen, an denen RBS-Messungen durchgeführt wurden, wird die Flächendichte
D (Einheit Atome /m 2 ) der Europiumatome ermittelt. Über die Gitterkonstante
a lässt sich die Filmdicke d berechnen zu
d = a 2 · D ·
a
4 Atome . (A.10)
Hierbei gehen vier Eu-Atome pro NaCl-Einheitszelle von EuO ein (Kapitel 7.1).
Für EuO-Filme, die mit Seltenen Erden dotiert sind, kann der Anteil der Dotanten
nicht extra aufgelöst werden, da sich die Ordnungszahlen nur geringfügig unterscheiden.
Die Dotanten werden daher mit dem Signal von Europium gemessen. Um die
entstehenden Fehler möglichst gering zu halten, werden die am niedrigsten dotierten
Proben einer Serie vermessen, die mit derselben Kalibrierung der MBE gewachsen
wurden.
Die RBS-Messungen wurden am Forschungszentrum Jülich in der Gruppe von Dr.
Jürgen Schubert durchgeführt.
A.2.2. Second Harmonic Generation
Bestimmte elektronische bzw. magnetische Eigenschaften von Proben lassen sich mit
der Methode der Second Harmonic Generation (SHG) bestimmen. Hierzu wird eine
elektromagnetische Welle betrachtet, die durch das elektrische Feld E beschrieben
wird. Sie erzeugt in Materie eine elektrische Polarisation P . Für schwache elektrische
Felder ergibt sich ein linearer Zusammenhang der Form
P = ɛ 0 χ (1) E,
(A.11)
mit der elektrischen Feldkonstanten ɛ 0 = 8,854 · 10 −12 As/Vm und dem Tensor zweiter
Stufe der elektrischen Suszeptibilität χ (1) . Für isotrope Medien wird dieser Tensor zu
einem Skalar [244].
Für große Lichtintensitäten, wie sie z. B. Laser bieten, sind auch nichtlineare Anregungen
möglich. Daher muss Gleichung A.11 erweitert werden zu
P = ɛ 0
(
χ (1) E + χ (2) E 2 + χ (3) E 3 + . . . ) .
(A.12)
χ (n) bezeichnet die Suszeptibilität n-ter Ordnung und wird durch einen Tensor (n+1)-
ter Stufe dargestellt [244].
Für ein elektrisches Feld der Form E = E 0 · cos(ωt) und der Ausnutzung der trigonometrischen
Relationen cos 2 (x) = 1+cos(2x) und cos 3 cos(3x)+3 cos(2)
(x) = , ergibt sich für
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