Magnetische Kopplungsphänomene in Fe/Cr/Fe-Systemen Fabian Göhler 19. 11. 2012

1. Gliederung 1. Gliederung 2. Versuchsaufbau 3. Ergebnisse 4. Interpretation 5. Zusammenfassung 6. Quellen

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. (TN,Cr = 311 K) Ultrahochvakuum

2. Versuchsaufbau 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, My RHEED [4] Beugung hochenergetischer Elektronen (10...50 keV) bei Reflexion an Oberflächenatomen Beugungsbild → Kristallstruktur Intensität → Wachstum einzelner Atomlagen beobachtbar

3. Ergebnisse

3. Ergebnisse

4. Interpretation Experiment: Oszillation der Kopplung mit langer und kurzer Periode Antiferromagnetische Ordnung im Cr für T > TN Phase-Slip Cr: bcc-Gitter ferromagnetische Monolagen Spin-Dichte-Wellen- Antiferromagnetismus

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

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 NCR = 24, 44, 64... → Knoten der SDW

4. Interpretation Néel-Temperatur TN: Festkörper: Antiferromagnetismus nur für T < TN → Amplitude der SDW relativ konstant T > TN: Amplitude ~ 1/N² → Antiferromagnetismus nur in dünnen Schichten

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.

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