1 Einleitung

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Oberflächen, Grenzflächen und dünne Filme können aufgrund ihrer reduzierten Dimension im Vergleich zu Volumenkristallen, neuartige chemische und strukturelle und damit eng verknüpft neue elektronische und magnetische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere heteroepitaktische Systeme nichtmagnetischer Substrate und ferromagnetischer 3d-Übergangsmetalle zeigen interessante magnetische Effekte, wie z.B. die Interlagenaustauschkopplung, den Riesenmagnetowiderstand und die oberflächeninduzierte magnetische Anisotropie (z.B.: [PM90], [BB88]). Grundlegend für das Verständnis dieser magnetischen Phänomene ist eine genaue Kenntnis der strukturellen und chemischen Eigenschaften der zu untersuchenden Systeme, die ihrerseits empfindlich von Filmwachstumsbedingungen, wie Substratpräparation, Temperatur, Aufdampfrate etc. abhängen. Der Vielzahl der damit verbundenen physikalischen Fragestellungen kann nur durch den Einsatz unterschiedlicher komplementärer Messmethoden begegnet werden, deren Einzelergebnisse zum einen zur Vervollständigung eines konsistenten Gesamtbildes beitragen, zum anderen auch Diskussionsgrundlage für weitergehende Untersuchungen liefern, verbunden mit einer stetigen Neu- und Weiterentwicklung oberflächenanalytischer Messmethoden.

Eine dieser Methoden zur Untersuchung von Festkörperoberflächen ist die streifende Streuung von leichten Ionen. Dieses relativ neue Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit auf die oberste Atomlage aus. Die bei der Oberflächenwechselwirkung auftretenden Effekte, wie Änderung der Projektiltrajektorien, induzierte Elektronenemission, Ladungsaustauschprozesse etc. eröffnen ein breites Spektrum an oberflächenanalytischen Möglichkeiten. So kann z. B. über die Ausbeute und Winkelverteilung gestreuter Projektile in-situ das Filmwachstum charakterisiert und über den Einfang spinpolarisierter Metallelektronen in angeregte atomare Projektilzustände auf magnetische Eigenschaften der Oberfläche geschlossen werden (z.B.: [RA82], [PF98]).

Ein für die Oberflächencharakterisierung besonders attraktives Feld stellt in diesem Zusammenhang die ioneninduzierte Elektronenemission dar. Zum Beispiel lassen die bei der Interaktion von Projektil und Oberfläche emittierten Augerelektronen quantitative Rückschlüsse auf die stöchiometrische Zusammensetzung der obersten atomaren Lage zu (z.B.: [PI96]). Über die Spinpolarisation der emittierten Elektronen kann der magnetische Zustand der Oberfläche untersucht werden [RW03]. Auch führt bei Änderung des azimutalen Einfallswinkels die periodische Atomanordnung an der Oberfläche zu Übergängen von planarer zu axialer Gitterführung der Ionen. Die damit verbundenen messbaren Änderungen der Elektronenemission liefern Realrauminformationen über die atomare Anordnung der Oberfläche [PB03].

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In diesem Kontext gliedert sich die vorliegende Arbeit in zwei aufeinander aufbauende Themenkomplexe. Basierend auf weitgehend anwendungsorientierten Untersuchungen zur Winkel- und Energieabhängigkeit der Elektronenemission werden im ersten Abschnitt (Kapitel 4 bis 6) neue methodische Entwicklungen zur Wachstums- und Strukturanalyse ultradünner Metallfilme vorgestellt. Dabei führen einige Voruntersuchungen, insbesondere zur ioneninduzierten Elektronenbeugung, auf Phänomene, die über einen reinen Anwendungsbezug hinaus von grundlegendem physikalischen Interesse sind und dementsprechend ausführlicher behandelt werden (Kapitel 4).

Im zweiten Abschnitt (Kapitel 7 und 8) wird das strukturanalytische Potential der weiterentwickelten ionenstrahlgestützten Messmethode, der so genannten Ionenstrahltriangulation, an stabilen und metastabilen Phasen von 3d-Übergangsmetallfilmen (Mn, Fe) auf Cu(001) vorgestellt. Ergänzt werden die strukturellen Analysen durch chemische und magnetische Messungen an den jeweiligen heteroepitaktischen Systemen.

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 290 „Metallische dünne Filme: Struktur, Magnetismus und elektronische Eigenschaften“ und in der Folgezeit als Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Wi 1336) am Lehrstuhl „Physik der Grenzflächen und dünnen Schichten“ unter Leitung von Prof. Dr. H. Winter am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin realisiert.


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der Humboldt-Universität zu Berlin
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16.10.2008