2. Struktureller und magnetischer Phasenübergang dünner Fe-Schichten (2005)
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Dünne Fe-Schichten auf einem Cu(100)-Substrat weisen mit zunehmender Dicke einen charakteristischen Phasenübergang auf. Die strukturellen und magnetischen Eigenschaften wurden mittels der Spekularintensität streifend gestreuter Ionen, der Ionenstrahltriangulation und des Spin-polarisierten Elektroneneinfangs untersucht. Für das Wachstum bei Raumtemperatur (RT) werden drei verschiedene Bedeckungsbereiche (RTI, RTII, RTIII) unterschieden (Abbildung 3, oben). Bis zu einer Bedeckung von etwa 10 Atomlagen treten ausgeprägte Oszillationen der Spekularintensität auf (25 keV He, Φin = Φout ≈ 1.6°), die auf einen lagenweisen Wachstumsmodus zurückzuführen sind (durchgezogene Messkurve). Die beobachteten Wachstumsoszillationen sind mit Ergebnissen anderer Techniken wie z. B. RHEED vergleichbar. Maxima korrespondieren zu glatten Oberflächen mit geringer Defekt- bzw. Inseldichte. Der starke monotone Abfall in der Spekularintensität mit weiter zunehmender Bedeckung (Bereich RTIII) lässt auf eine erhöhte Rauhigkeit der Schichten schließen.


Abbildung 3

Messungen mit Spin-polarisiertem Elektroneneinfang bestätigen, dass in diesem Bereich die Magnetisierung in der Schichtebene liegt ("in-plane" Magnetisierung - gepunktete Kurve). Unsere Untersuchungen zur Oberflächenstruktur der Fe-Schichten mittels Ionenstrahltriangulation ergeben eindeutig eine fcc(001)-Struktur für die Bereiche RTI und RTII sowie eine bcc(110)-Struktur für den Bereich RTIII (Abbildung 4 und 5).


Abbildung 4

Abbildung 5

Komplexe Oberflächenrekonstruktionen für die Bereiche RTI und RTII, die aus STM- und LEED-Untersuchungen geschlossen wurden, können für reine Fe-Schichten nicht bestätigt werden. Diese werden von uns erst nach gezielter Gasdosierung mit Wasserstoff beobachtet. Unsere Arbeiten stellen einen wichtigen Beitrag zum Nachweis von Ferromagnetismus in fcc-artigem Fe dar, das sich durch pseudomorphes Wachstum auf nichtmagnetischen Substraten wie Cu(100) stabilisieren lässt. Im Volumen ist die Herstellung der fcc-Phase (γ-Fe) aus energetischen Gründen nicht möglich.

 T. Bernhard, M. Baron, M. Gruyters, and H. Winter
"Surface structure of ultrathin Fe Films on Cu(001) revisited"
Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 087601

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