Magnetische Kopplungsphänomene in Fe/Cr/Fe-Systemen

Fabian Göhler

19. 11. 2012

2Fabian Göhler

1. Gliederung

1. Gliederung

2. Versuchsaufbau

3. Ergebnisse

4. Interpretation

5. Zusammenfassung

6. Quellen

3Fabian Göhler

2. Versuchsaufbau

Methoden:

SEMPA (scanning electron microscopy with polarization analysis)

RHEED (reflection high-energy electron diffraction)

Aufdampfen der Cr-Schicht mittels piezogesteuerter Blende auf Fe-Einkristall.

Probenherstellung bei Raumtemperatur und ca. 200-300°C. (T

N,Cr = 311 K)

Ultrahochvakuum

4Fabian Göhler

2. Versuchsaufbau

RHEED [4]

Beugung hochenergetischer Elektronen (10...50 keV) bei Reflexion an Oberflächenatomen

Beugungsbild → Kristallstruktur

Intensität → Wachstum einzelner Atomlagen beobachtbar

SEMPA [3]

Trennung der vom SEM ausgelösten Sekundärelektronen nach ihrer Spinpolarisation

Korreliert mit der Magnetisierungs-richtung der Probenoberfläche

3 Bilder: SEM-Abbild der OF, Mx, M

y

5Fabian Göhler

3. Ergebnisse

6Fabian Göhler

3. Ergebnisse

7Fabian Göhler

4. Interpretation

Experiment: Oszillation der Kopplung mit langer und kurzer Periode Antiferromagnetische Ordnung im Cr für T > T

N

Phase-Slip

Cr: bcc-Gitter ferromagnetische Monolagen Spin-Dichte-Wellen- Antiferromagnetismus

8Fabian Göhler

4. Interpretation

Spin-Dichte-Wellen Zustand der Leitungselektronen Dichte der Elektronenspins Wellenförmig moduliert Eigenschaft des Grundzustandes, keine Anregung (→ Spinwelle) allg.: Wellenlänge inkommensurabel zum Atomgitter speziell: λ = 2a: Antiferromagnet Bestimmt durch die Fermifläche der Leitungselektronen

9Fabian Göhler

4. Interpretation

SDW-Antiferromagnetismus:

Ausbildung von SDW im Cr aufgrund der antiferromagnetisch orientierten Monolagen

Ankoppeln der SDW an die Fe-Cr-Grenzschicht: Schwingungsbauch

NCR

= 2k: antiferromagnetische Kopplung

NCR

= 2k +1: ferromagnetische Kopplung

Phase-Slip: Umkehrung dieses Verhältnisses für N

CR = 24, 44, 64...

→ Knoten der SDW

10Fabian Göhler

4. Interpretation

Néel-Temperatur TN:

Festkörper: Antiferromagnetismus nur für T < T

N

→ Amplitude der SDW relativ konstant

T > TN: Amplitude ~ 1/N²

→ Antiferromagnetismus nur in dünnen Schichten

11Fabian Göhler

5. Zusammenfassung

Oszillation der Kopplung in Abhängigkeit von der Dicke der Cr-Schicht, dabei sowohl kurzwellige als auch langwellige Kopplung.

Indirekte Austauschwechselwirkung, Ankoppeln der Spin-Dichte-Wellen des Cr an die Fe-Cr-Grenzflächen.

Verschmieren der kurzwelligen Oszillationen bei rauen Grenzflächen (1-2 Monolagen).

Unterschiede im magnetischen Verhalten von Festkörpern und dünnen Schichten.

12Fabian Göhler

6. Quellen

[1] J. Unguris et al., Phys. Rev. Lett. 67 (1991) 140

[2] H. Zabel, J. Phys.: Condens. Mat. 11 (1999) 9303

[3] http://iap.physnet.uni-hamburg.de/group_g/graphics/SpinDet.jpg

[4] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/00/RHEED_Setup.gif/400px-RHEED_Setup.gif

Präsentation als PDF unter

/afs/tu-chemnitz.de/home/urz/g/gofa/PUBLIC/FeCrFe.pdf