Wachstum und Transporteigenschaften dünner Co-basierter Heusler-Filme [Elektronische Ressource] / Horst Schneider

Horst Schneider

Sujets

• Physik

Informations

• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 11
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

WachstumundTransporteigenschaften
dünnerCo-basierterHeusler-Filme
Dissertation
zurErlangungdesGrades
DOKTOR DER NATURWISSENSCHAFTEN
amFachbereich08
derJohannesGutenberg-Universität
inMainz
HorstSchneider
geboreninWiesbaden
Mainz,20101.Berichterstatter: entferntausDatenschutzgründen
2.Berichterstatter: entferntausDatenschutzgründen
TagdermündlichenPrüfung:3.November2010CONTENTS
Introduction 1
1 HeuslerCompounds 5
1.1 GeneralProperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Co Cr Fe Al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 0.6 0.4
1.3 Co Mn Fe Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 1−x x
2 ThinFilmDepositionandCharacterization 17
2.1 Substrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 SputterDeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 PulsedLaserDeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 X-RayDiffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5 X-RayReflectometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6 ElectronDiffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 BulkMagnetometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8 TransmissionElectronMicroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.9 NuclearMagneticResonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10 Morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3 HeuslerThinFilms 37
3.1 SputterDepositionofCo Cr Fe Al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 0.6 0.4
3.2 SputterDepositionofCo FeSi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
3.3 PulsedLaserDepositionofCo Mn Fe Si. . . . . . . . . . . . . . . . . 552 1−x xiv CONTENTS
4 ElectronicTransport 63
4.1 ExperimentalConsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.2 Zero-FieldResistivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3 Magnetoresistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.4 HallEffect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5 FurtherCharacterization 93
5.1 KerrMagnetometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2 PhotoemissionSpectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.3 X-RayMagneticCircularDichroism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Summary 109
A SamplePatterning 111
B HallResistivityandHallConductivity 113
Bibliography 115
Acknowledgments 141
ListofPublications 143
Lebenslauf 147LISTOFFIGURES
1 PrincipleoftheGMReffect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 PrincipleoftheTMReffect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 TheL2 “Heusler”structure.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.2 MagnetizationofHeuslercompounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 CalculateddensityofstatesofCo Cr Fe Al. . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 0.6 0.4
1.4 CalculateddensityofstatesofCo Mn Fe Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 1−x x
1.5 MagnetizationofCo Mn Fe Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 1−x x
2.1 RHEEDpatternsofanMgOsubstrate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Sputterdepositionchamber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Co FeSisputteringtarget.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
2.4 Pulsedlaserdepositionsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 Portablevacuumsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Targetcarouselforthepulsedlaserdepositionsystem. . . . . . . . . . . . . 27
2.7 TheEwaldconstruction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.8 GeometryofarotatingcrystalX-raydiffractionexperiment.. . . . . . . . 31
2.9 Reflectometryandrefraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.10 EwaldsphereconstructionforaRHEEDexperiment. . . . . . . . . . . . . 32
3.1 ω–2θscanofaCo Cr Fe Alfilmdepositedatroomtemperature. . . . 382 0.6 0.4
3.2 Structurevs.annealingtemperatureinCo Cr Fe Al. . . . . . . . . . . . 392 0.6 0.4
3.3 Magnetizationvs.annealingtemperatureinCo Cr Fe Al. . . . . . . . . 402 0.6 0.4
3.4 Co Cr Fe Altransmissionelectrondiffraction. . . . . . . . . . . . . . . . 412 0.6 0.4
3.5 BraggscanofasputterdepositedCo FeSi/Al O film. . . . . . . . . . . . 422 2 3vi ListofFigures
3.6 FinitesizeoscillationsinCo FeSi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
3.7 ReflectometryofaCo FeSi /Al O sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 2 3
3.8 HKL-scanofaCo FeSi/Al O film. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 2 3
3.9 ϕ scanofaCo FeSi/Al O film.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 2 3
3.10 LatticemismatchbetweenCo FeSiandAl O . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 2 3
3.11 AFMimageofaCo FeSifilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
3.12 BraggscanofaCo FeSi/MgOfilm.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
3.13 ϕ scanofaCo FeSi/MgOfilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
3.14 TEMimageofaCo FeSi/MgOfilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
3.15 IntegratedintensitiesofequivalentreflectionsinCo FeSi/Al O . . . . . 512 2 3
3.16 X-rayintensitiesandCo-Sidisorder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.17 X-rayintensitiesandFeexcess. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.18 MagneticpropertiesofCo FeSi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
3.19 InterplayofstructureandmagnetisminCo FeSi. . . . . . . . . . . . . . . . 552
3.20 Dropletsonlaserdepositedfilms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.21 RHEEDofCo FeSi/Cr/MgO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
3.22 RHEEDofCo FeSi/Cr/MgO,continued. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
3.23 BraggscanofCo FeSi/Cr/MgO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
3.24 MagneticpropertiesofCo Mn Fe Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 1−x x
4.1 Denotationfortransportexperiments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2 Transportstructures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3 EffectofAlcapontransportproperties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.4 TemperaturedependentresistivityofCo FeSi. . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
4.5 ResistivityofnanocrystallineCo FeSi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712
4.6 MagnetoresistanceofCo FeSi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722
4.7 High-fieldmagnetoresistanceofCo FeSi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732
4.8 Hallresistivityinferromagnets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.9 ScatteringmechanismsintheanomalousHalleffect. . . . . . . . . . . . . . 77
4.10 ScalingbehavioroftheanomalousHallconductivity.. . . . . . . . . . . . . 79
4.11 HalleffectinasputteredCo FeSifilms.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802
4.12 AnomalousHalleffectinsputteredCo FeSisamples. . . . . . . . . . . . . . 822
4.13 HalleffectinlaserablatedCo FeSisamples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832
4.14 HalleffectinlaserablatedCo Mn Fe Sisamples. . . . . . . . . . . . . . . 842 1−x x
4.15 AnomalousHalleffectinCo Mn Fe Sisamples. . . . . . . . . . . . . . . 852 1−x x
4.16 DispersionrelationsandFermisurfacesofCo Mn Fe Si.. . . . . . . . . 862 1−x x
4.17 ScalingoftheanomalousHalleffect: theoryandexperiment. . . . . . . . 88
4.18 ScalingoftheanomalousHalleffect: repulsiveimpuritypotential. . . . . 90ListofFigures vii
5.1 MagneticanisitropyofCo FeSi/Al O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 942 2 3
5.2 MagneticanisitropyofCo FeSi/MgO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952
5.3 MOKE:experimentalsetup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.4 ThicknessdependentMOKEandloopsymmetrization. . . . . . . . . . . . 97
5.5 LEEDpatternofaCo FeSifilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1002
5.6 Spinresolvedphotoemissionspectra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.7 PrincipleofXMCDspectroscopy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.8 TEYandtransmittedintensityofaCo FeSifilm. . . . . . . . . . . . . . . . 1042
5.9 X-rayabsorptionspectraofaCo FeSifilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1052
5.10 XMCDspectraofaCo FeSifilm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062
5.11 ReconstructeddensityofstatesforCo Mn Fe Si.. . . . . . . . . . . . . . 1072 1−x xLISTOFTABLES
1.1 DisorderinHeuslercompounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1 Propertiesofsubstrateandbufferlayermaterials. . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 ScatteredintensitiesfortheHeuslerstructure. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1 MagnetoresistanceofCo Mn Fe Si. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742 1−x x