Untersuchung des Röntgenzirkulardichroismus dünner Heusler Verbindungsschichten mit niedriger Curie-Temperatur
Final Report Abstract
Neben der Ladung der Elektronen werden in der Spinelektronik auch die magnetische Momente der Elektronen kontrolliert und manipuliert, um Bauelemente mit neuartiger Funktionalität zu realisieren. Insbesondere sind dabei Ferromagnete mit hoher Spinpolarisation P von Interesse. Liegen an der Fermikante EF nur Elektronen mit einer Spinorientierung vor, so ist das Material ein ferromagnetisches Halbmetall. Diese ideale Eigenschaft wurde für zahlreiche Materialien aus der Klasse der Heusler Verbindungen X2YZ (z.B. Co2MnSi, Co2Fe0.5Mn0.5Si, Co2TiSn, (Mn1- xCox)2VAl, (Mn1-xCox)2VSi) vorhergesagt. In diesem DFG-Projekt wurden elementspezifische Untersuchungen der temperaturabhängigen magnetischen Eigenschaften von Co2TiSn und (Mn1- xCox)2VAl an der Advanced Light Source in Berkeley, USA durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass epitaktische Filme mit der gewünschten Stöchiometrie Co2.0Ti1.0Sn1.0 für Substrattemperaturen ab 600°C auf MgO Einkristallen abgeschieden werden können. Die Filme zeigen ein sehr gute L21 Ordnung und eine Curie-Temperatur von 375±5K, in guter Übereinstimmung mit experimentellen Werte für Co2TiSn Bulkmaterial (TC=350K). Das Co Moment von 1μB stimmt ebenso wie die beobachtete antiferromagnetische Kopplung des Ti Momentes an das Co Moment mit theoretischen Vorhersagen überein. Durch Vergleich der Röntgenabsorptionsspektren mit ab initio Rechnungen konnte gezeigt werden, dass die elektronische Struktur des Co2TiSn im wesentlichen einen nicht-lokalisierten Charakter hat. Die Frage, ob das Material halbmetallisch ist, konnte durch die im Rahmen des Projektes durchgeführten Messungen in Berkeley nicht abschließend beantwortet werden. Die Materialklasse (Mn1-xCox)2VAl wurde für x=0, 0.25, 0.45, 0.5, 0.55, 0.75 und 1 bei einheitlicher Substrattemperatur von 700°C als dünne Schicht auf MgO Einkristallen abgeschieden. Für dieses Material wird - Kristallisation in L21 Struktur vorausgesetzt - für x=0.5 eine vollständige Kompensation des magnetischen Momentes erwartet. Die theoretisch vorhergesagte ferrimagnetische Ordnung (das Mn Moment sollte antiparallel zu den Co und V Momenten orientiert sein) wurde nur für x=0 und 0.25 beobachtet, wobei selbst Mn2VAl nur partiell L21 geordnet ist und insbesondere eine starke V-Al Unordnung zeigt. Durch Erhöhung der Co Konzentration nimmt die L21 Ordnung weiter ab, Co2VAl zeigt schließlich nur noch B2 Ordnung. Diese Änderung der atomaren Ordnung mit zunehmendem Co Gehalt ist begleitet von einem Übergang von Ferrimagnetismus hin zu Ferromagnetismus für x≥0.45, bei dem die Momente von Mn, Co und V alle parallel ausgerichtet sind.
