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Röntgen- und Vektor-MOKE-Untersuchung ... - AG Wollschläger

Röntgen- und Vektor-MOKE-Untersuchung ... - AG Wollschläger

26 2. Theoretische

26 2. Theoretische GrundlagenAus K eff1 lässt sich der Phasenreorientierungsübergang ermitteln. Trägt man K eff1 gegen1/d auf, gibt der Schnittpunkt mit der Abszisse die Schichtdicke an, ab der dieOberflächenanisotropie überwiegt. Die Magnetisierung geht von einer bevorzugten inplane-Ausrichtungin eine bevorzugte out-of-plane-Ausrichtung über [30].2.5. MaterialsystemIm Laufe dieser Arbeit wurden epitaktische Eisenschichten verschiedener Dicke auf Magnesiumoxidsubstratenuntersucht. Um einer ex-situ Oxidation der Eisenfilme vorzubeugen,wurde eine amorphe Siliziumschicht als Schutzschicht verwendet. Es folgt eine kurzeBeschreibung der verwendeten Materialien.MgO [001]Fe [001][001]bcc-StrukturFea Fe = 2.8665 Åa SFe [100]NaCl-Struktura MgOMgO [100]a FeFe [100]MgO [110]Mg 2+O 2-a MgO = 4.2117 Åa S = 2.9781 ÅAbbildung 2.17: Struktur von MgO und α-Fe: Eisen wächst mit um 45° gedrehterEinheitszelle auf MgO auf. Es gilt Fe[100]||MgO[110] und Fe[001]||MgO[001]. DieGitterfehlanpassung zwischen der Oberflächeneinheitszelle des MgO und der Einheitszelledes Eisen beträgt ca. 3,5%.2.5.1. MagnesiumoxidMagnesiumoxid (MgO) kristallisiert in der NaCl-Struktur [34]. Die Magnesiumionen(Mg 2+ ) und Sauerstoffionen (O 2− ) bilden jeweils für sich ein kubisch flächenzentriertesGitter (fcc). Die beiden Gitter sind um eine halbe Gitterkonstante gegeneinanderverschoben. Die Bulkgitterkonstante beträgt a MgO = 4,2117Å und die Oberflächengitterkonstantea S = 2,9781Å (vgl. Abb 2.17). MgO ist im sichtbaren Bereich transparent,ein Isolator (Bandlücke 7,8 eV) und diamagnetisch. Da der Diamagnetismus um mehrereGrößenordnungen kleiner ist als der Ferromagnetismus, wird der MOKE nicht durchMgO beeinflusst. Die verwendeten Substrate sind [001] orientiert.

2.5. Materialsystem 272.5.2. EisenEisen (Fe) gehört zur Gruppe der Übergangsmetalle und besitzt drei mögliche kristallineStrukturen (α-Fe, γ-Fe und δ-Fe). Bei einer Temperatur von ca. 900°C geht daskubisch raumzentrierte (bcc) α-Fe in das kubisch flächenzentrierte (fcc) γ-Fe über. Abeiner Temperatur von 1392°C wandelt sich γ-Fe (fcc) in δ-Fe (bcc) um. Die in dieser Arbeitverwendeten Proben wurden bei Raumtemperatur hergestellt (vgl. Kap. 3.1). DieGitterkonstante von α-Fe unterscheidet sich mit a Fe = 2,8665Å um ca. 3,5% von der Gitterkonstantea S der Oberflächeneinheitszelle des MgO. Somit liegt eine sehr kleine Gitterfehlanpassungzwischen dem Fe- und MgO-Gitter vor. Die Eisenatome gehen ionischeBindungen mit den Sauerstoffatomen der Oberfläche ein. Dies führt zu einem Wachstumder Eisenschicht mit um 45° verdrehter Einheitszelle auf dem Substrat. Eisen wächst aufMgO aufgrund seiner höheren Oberflächenspannung inselartig auf (Vollmer-Weber-Wachstum) [13]. Unterhalb der Curie-Temperatur von ca. 770 °C ist Eisen ferromagnetisch(vgl. Kap. 2.4.1), darüber paramagnetisch. In dünnen Filmen liegt die Magnetisierungbevorzugt in-plane. Die magnetisch leichten Richtungen sind die [100]- und[010]-Richtung, die magnetisch schweren die [110]- und [110]-Richtung.2.5.3. SiliziumUm das Eisen vor Oxidation durch atmosphärischen Sauerstoff zu schützen, wurde beiallen Proben eine amorphe Schutzschicht aus Silizium (Si) aufgebracht. Der Vorteil vonamorphem Silizium gegenüber einer kristallinen Schutzschicht ist, dass es die Beugungsexperimentenicht beeinflusst. Es treten durch die amorphe Schicht keine Interferenzeffekteauf, was die Auswertung der Beugungsmessungen erleichtert. Des Weiteren ist Siauch diamagnetisch und beeinflusst den MOKE nicht (siehe MgO). Die obersten Lagender Si-Schicht oxidieren an Luft zu SiO 2 , d.h. um ein Durchoxidieren bis zur Eisenschichtüber längere Zeit zu verhindern, muss die Schicht mindestens zwei bis drei Lagen dicksein [35].

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Kapitel 1 Einleitung - Gruppe - AG Maier - Universität Bonn