Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

Anstatt künstliche Schichten von Ferromagneten und Antiferromagneten herzustellen, gibt es eine
große Klasse natürlicher Verbindungen mit Schichtstruktur wie LaMn2Ge2, die abhängig von der
Temperatur und ihrer genauen chemischen Zusammensetzung eine Vielzahl komplexer nicht
kollinearer magnetischer Zustände aufweisen. Wir untersuchten die relative Stabilität einer Reihe
magnetischer Konfigurationen in diesen Verbindungen und ihren Einfluss auf die elektronischen
Transporteigenschaften. Unsere Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen sagten die Stabilitätsfolge von
konischen Spinspiralzuständen zu flachen Spinspiralen, antiferromagnetischen Zuständen und
schließlich einem nichtmagnetischen Zustand korrekt voraus. Aus diesen Ergebnissen erhielten wir
einen Einblick in die magnetischen Strukturen, die momentan in Experimenten untersucht werden. Mit
dieser Methodik wird es jetzt möglich, die magnetischen Phasendiagramme komplexer Materialien
ohne anpassbare Parameter zu berechnen.
Das System Fe/MgO rückte aufgrund seines enormen Potentials in der Spintronik in den Brennpunkt
des Interesses. Es gibt mehrere ungelöste wichtige Fragestellungen. Hierzu zählen die Höhe und
Entstehung der effektiven Tunnelbarriere, die Schichtmorphologie and das Wachstum. In unseren
spinaufgelösten Photoemissionsexperimenten der MgO/Fe(100)-Grenzfläche beobachten wir einen
spinpolarisierten elektronischen Zustand von Eisen selbst nach Bedeckung mit mehreren
Monoschichten aus MgO. Dies kann die physikalische Ursache des vor kurzem entdeckten
Riesentunnelmagnetowiderstands in Fe/MgO/Fe-Dreifachschichten sein. Weiterhin fanden wir, dass
die Morphologie von Fe-Filmen auf MgO(100) mikroskopisch wesentlich durch eine Verzögerung des
Spannungsabbaus bestimmt wird. Aufgrund ungenügender Gitteranpassung wird dabei die
Verspannung nur während des Zusammenwachsens der obersten Inselkonfigurationen abgebaut.
Thema 2: Von Materie zu Materialien
Dünnschichten und Grenzflächen
Atommigration an Oberflächen spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von
Funktionseinheiten elektronischer Bauelemente. Trotz ihrer Bedeutung ist die Wissenschaft von der
Atommigration noch nicht soweit ausgereift, dass ihre Anwendung in der Technologie das Reich des
Empirismus verlassen kann. Dies gilt insbesondere für Atommigrationsprozesse an der
Feststoff/Elektrolyt-Grenzfläche. Während keine moderne elektronische Bauelementarchitektur mit
ihren außerordentlich großen Aspektverhältnissen ohne Elektroplattierung realisiert werden könnte,
existiert nahezu keine wissenschaftliche Systematik zu den atomaren Aspekten der beteiligten
Prozesse. So ist es bekannt, dass Geschwindigkeiten von Diffusionsprozessen an Metallelektroden
dramatisch vom Elektrodenpotential abhängen können. Bisher gibt es jedoch noch keinerlei
Erkenntnisse, warum dies so sein sollte.
Wir haben daher ein Langzeitprogramm in Angriff genommen, um sowohl die grundsätzlichen als
auch die praktischen Aspekte von Oberflächenmigrationsprozessen mit Schwerpunkt auf der
Metall/Elektrolyt-Grenzfläche aufzuklären. An dem Programm sind Forscher verschiedener
Disziplinen, aus der experimentellen und theoretischen Physik, der Chemie und Elektrochemie sowie
Kollaborationen mit anderen Helmholtz-Zentren und Universitäten im In- und Ausland beteiligt. Unser
erstes Bemühen galt der Untersuchung der Thermodynamik geladener Oberflächen und insbesondere
der Energetik von Defekten an Oberflächen unter Potentialkontrolle. Es ist uns gelungen, eine
allgemeine Theorie aufzustellen und speziell die thermodynamische Energie von Stufen an
Metalloberflächen in einer Elektrolytumgebung zu berechnen. Auf experimenteller Seite haben wir
Versuchstechniken unter Einsatz des elektrochemischen Rastertunnelmikroskops entwickelt, die
quantitative Untersuchungen zur Atommigration in wohl definierten Metall/Elektrolyt-Systemen
gestatten. Insbesondere haben wir letztes Jahr gezeigt, dass der Prozess der Ostwald-Reifung an
Metallelektroden mit positiven Elektrodenpotentialen exponentiell an Geschwindigkeit zunimmt. Durch
Kombination der Oberflächenthermodynamik geladener Oberflächen mit Ab-initio-Rechnungen sind
wir derzeit mit der Formulierung eines neuartigen theoretischen Konzepts befasst, das trotz seiner
immanenten Einfachheit den Weg zu einer allgemeinen Theorie von Oberflächenmigrationsprozessen
an Elektrodenoberflächen zu eröffnen scheint.
Das Aufbringen von Zugspannung durch nanomechanisches Engineering ist ein vielversprechendes
Verfahren zur systematischen Erhöhung der Trägermobilitäten in Silizium. Ein Verfahren zur
Herstellung einer dünnen Si-Schicht ist Epitaxie an SiGe. Die Schicht wird zusätzlich durch
Wasserstoff- oder Heliumimplantation und nachfolgendes Glühen verspannt. Die Bedingungen für
301