1. Lagenabhängige Ummagnetisierung und Spin-Polarisation dünner Co-Schichten (2005)
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Für dünne Co-Schichten auf einem Cu(100)-Substrat wurden neue Erkenntnisse zur lagenabhängigen Ummagnetisierung und zur Spin-Polarisation an der Oberfläche gewonnen. Die magnetischen Eigenschaften wurden dazu mit Hilfe des Einfangs Spin-polarisierter Elektronen in angeregte atomare Zustände gestreuter Ionen (kurz "Spin-polarisierter Elektroneneinfang") und des magneto-optischen Kerr Effekts (MOKE) untersucht. Die Hysteresekurven, die mit diesen Methoden an 5 Atomlagen (AL) Co aufgenommen wurden, weisen deutliche Unterschiede auf (Abbildung 1).


Abbildung 1

Für Co-Schichten auf Cu(100), die bei tieferen Temperaturen von 140 K hergestellt werden, beobachtet man, dass das mit Spin-polarisiertem Elektroneneinfang aufgenommene Signal (Abbildung 1b und 1c, 25 keV He Atome bei Φin ≈ 1.6° ) bei kleineren Magnetfeldern umkehrt als das mit MOKE aufgenommene Signal (Abbildung 1a).

Die experimentellen Ergebnisse lassen sich auf die unterschiedlichen Informationstiefen beider Methoden zurückführen. Der Spin-polarisierte Elektroneneinfang ist auf die langreichweitige magnetische Ordnung in der obersten Atomlage empfindlich. Im Gegensatz dazu liefern die Untersuchungen mit MOKE Erkenntnisse über die magnetischen Eigenschaften der gesamten Schicht, da die Informationstiefe in diesem Fall einige 10 nm beträgt.

Für die Co-Schichten liegt also eine lagenabhängige Ummagnetisierung vor. Für einen begrenzten Magnetfeldbereich sind die Magnetisierungen an der Oberfläche und im Inneren der Co-Schicht nicht-kollinear. Diese Nicht-Kollinearität stellt einen typischen Grenzflächeneffekt dar, da Drehungen der Magnetisierungsrichtung im Volumen nur über viel größere Distanzen möglich sind. Die Abmessungen liegen im Bereich der Ausdehnung von Domänenwänden, die für Co 20-30 nm betragen, was deutlich größer ist als die Schichtdicke von etwa 1 nm (5 AL).


Abbildung 2

Für Co-Schichten, die bei höheren Temperaturen von 410 K hergestellt werden, beobachtet man stark gekrümmte Hysteresekurven, die auf Abweichungen des Ummagnetisierungsprozesses von einer reinen Domänenwandverschiebung beruhen (Abbildung 1h und 1i). Dieses Verhalten kann auf eine erhebliche Co-Cu-Durchmischung insbesondere an der Oberfläche der Schicht zurückgeführt werden. Für einen elementspezifischen Nachweis wird die Protonen-induzierte Augerelektronenspektroskopie (AES) bei streifenden Einfallswinkeln eingesetzt, da die Informationstiefe aufgrund der selektiven Anregung auf die oberste Lage konzentriert ist. Für eine Wachstumstemperatur TGR von 410 K weist die Augerintensität des Cu-MNN Übergangs auch nach Bedeckung mit mehreren Co-Atomlagen noch 70% des Anfangswerts vom Cu-Substrat auf (Abbildung 2, unten). Aus dem Vergleich mit den entsprechenden Augersignalen bei 140 K folgt, dass dieser Wert in etwa der Cu-Konzentration der Schichtoberfläche entspricht.

 M. Gruyters, T. Bernhard, and H. Winter
"Evidence for Noncollinearity between surface and bulk magnetization in ultrathin Co films"
Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 227205

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