Untersuchung und Manipulation magnetischer ultradünner metallischer Schichtsysteme mittels schneller Ionen
Final Report Abstract
Im Rahmen des geförderten Projektes wurden Untersuchungen am System Co/NixMn1oo-x auf Cu(001) zum Wachstum, zur Struktur und zu den magnetischen Eigenschaften dieses Zwei-Schicht-Systems mit einer Gesamtdicke von bis zu 25 Monolagen durchgeführt. Für eine Ni-Konzentration im Bereich von 35% bis 85% konnte ausgeprägtes Lagenwachstum bei Raumtemperatur bei simultaner Bedampfung mit Ni und Mn beobachtet werden. Für den äquiatomaren NisoMnso-Film, bei dem die größten Wachstumsoszillationen beobachtbar waren, konnte eine hohe stmkturelle Perfektion auf der Grundlage von c(2x2)-LEED- Bildem und lonenstrahl-Triangulationsmessungen nachgewiesen werden. Diese hohe strukturelle Perfektion lässt sich als chemisch geordnete Stmktur in Verbindung mit einer Oberflächenrekonstruktion deuten. Für die Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften des FM/AFM-Systems Co/NiMn wurden MOKE- sowie Messungen zum Elektroneneinfang (EC) in angeregte Zustände von He-Atomen bei streifender Streuung durchgeführt. Die Verbreiterungen der gemessenen Hysterese-Kurven, die Vergrößerungen der Koerzitivfeldstärke Hc entsprechen, sowie die Abnahme der Signalamplitude bei den MOKE- und EC-Messungen zeigen die magnetische Grenzflächenkopplung zwischen der ferromagnetischen Co- und der antiferromagnetischen NixMn1oo-x- Schicht. Die im Rahmen der Untersuchungen beobachtete deutliche Erhöhung der Koerzitivfeldstärke bei abnehmender Temperatur, die reziproke Abhängigkeit der Koerzitivfeldstärke von der Schichtdicke des Co-Films und der äußerst schwache bzw. verschwindende „Exchange-Bias-Effekt" wurden als schwache antiferromagnetische Anisotropie gedeutet. In Analogie zu dem FM/AFM- System Co/FcxMn1oo-x auf Cu(001) lassen sich die magnetischen Eigenschaften in drei Regime mit kleiner, mittlerer und hoher Ni-Konzentration einteilen. Die größten Effekte der Grenzflächenkopplung wurden für einen Ni-Anteil zwischen 10% und 40% bei Raumtemperatur bzw. für einen Ni-Anteil von 5% bis 50% bei einer Temperatur von -140°C oberhalb einer NixMn1oo-x-Schichtdicke von 8 Monolagen gefunden. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass die antiferromagnetische Ordnung in der NixMn1oo-x-Schicht nicht aufdas äquiatomare Konzentrationsverhältnis mit der sich dabei ausbildenden hohen strukturellen Perfektion begrenzt ist, sondem auch bei NiMn-Schichten mit einem Ni-Anteil von unter 50%, die ein erheblich schlechteres Lagenwachstum zeigen, zu beobachten ist. Insbesondere bei tiefer Temperatur (-140°C) stellt sich die antiferromagnetische Ordnung bereits ab einem Ni-Anteil von 10% ein. Die Stärke der antiferromagnetischen Anisotropie bei dem Zwei-Schicht-System Co/NixMn1oo-x wird somit vor allem vom chemischen Konzentrationsverhältnis von Ni und Mn und weniger durch die strukturellen Eigenschaften bestimmt. Auf der Grundlage der durchgeführten MOKE- und EC-Messungen, mit denen die magnetischen Eigenschaften des gesamten Co-Films bzw. seiner obersten Atomlage untersucht werden können, lässt sich ein Unterschied bei der Magnetisierungsumkehr 2;wischen der obersten und tieferen Atomlagen der Co-Schicht ausschließen, wie er bei dem verwandten FM/AFM-System Co/FCxMn1oo-x beobachtet wurde.
Publications
- "Magnetic interface coupling between Co and binary FexMn1oo-x alloys in the ultrathin film limit". Phys. Rev. B 76 (2007) 224405
J. Seifert, T. Bernhard, M. Gruyters und H. Winter
- „Probing surface magnetism with ion beams". Nucl. Instr. Meth. B 256 (2007) 402
H.Winter
- "Microscopic Nature of Ferro- and Antiferromagnetic Interface Coupling of Uncompensated Magnetic Moments in Exchange Bias Systems". Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 077205
M. Gruyters and D. Schmitz
- "Ion beam triangulation based on electron detection for studies on the structure of 1 ML Mn on Cu(001)". J. Phys.: Cond. Matter 21 (2009) 194001
T. Bernhard, J. Seifert, and H. Winter
