Igel, Thomas: Untersuchung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften ultradünner 3d-Metall-Filme auf Fe(100) mit Ionenstrahlen

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Kapitel 1. Einleitung

Die erst in den letzten Jahrzehnten erwachsenen Möglichkeiten der Erzeugung und Kontrolle sehr tiefer Drücke in entsprechenden Vakuumanlagen mit vertretbarem technischen Aufwand sowie die Entwicklung neuer Techniken zur Präparation und Manipulation sauberer Einkristall-Oberflächen förderte die rasante Entwicklung der Oberflächenphysik und ihrer Teilgebiete mit zunehmender Intensität. So sind im Laufe weniger Jahre eine Reihe neuer Methoden entwickelt worden, welche die Untersuchung verschiedenster Eigenschaften an Festkörper-Oberflächen gestatten. Dennoch ist es aufgrund der komplexen Zusammenhänge unterschiedlichster physikalischer Eigenschaften - wie der geometrischen und elektronischen Struktur, mechanischer, optischer, thermischer oder elektrischer Eigenschaften, der Wechselwirkung mit externen elektromagnetischen Feldern, geladenen und ungeladenen Teilchen und vieles andere mehr - nach wie vor schwierig, spezifische Merkmale separat zu charakterisieren. Dabei spielt auch die Reduzierung der Dimension eine nicht zu unterschätzende Rolle.

Die Vielfalt der eingesetzten Untersuchungsmethoden eröffnet häufig Möglichkeiten zur Erlangung übereinstimmender Erkenntnisse auf verschiedenen Wegen und stärkt damit das Vertrauen in die Ergebnisse. Auf der anderen Seite gelangt man bei nur geringen Unterschieden in den untersuchten Systemen und aufgrund verschiedener Wechselwirkungen entsprechend der angewendeten Meßmethoden sehr schnell zu völlig entgegengesetzten Aussagen, die die Diskussion anregen und wiederum nach immer neuen und anderen Wegen experimenteller Untersuchungen und theoretischer Beschreibungen verlangen.

Eine dieser relativ neuen Methoden zur Untersuchung von Festkörper-Oberflächen ist die Ionen-Streuung unter sehr flachen Einfallswinkeln. Diese zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit auf die obersten Atomlagen und eine breite Anwendung mit Sensitivität auf verschiedene Phänomene wie der geometrischen und elektronischen Struktur an der Oberfläche, dem Ladungsaustausch, magnetischen Eigenschaften oder auch Wachstumsphänomenen aus [z.B. RAU82, SV83, WIN88, FNK93, WIL95, AUT96, BTG99, PIW00].

In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse präsentiert, die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 290 "Metallische dünne Filme: Struktur, Magnetismus und elektronische Eigenschaften" am Lehrstuhl "Physik der Grenzflächen und dünnen Schichten" unter Leitung von Prof. Dr. H. Winter am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin bei der Untersuchung der Fe(100)-Oberfläche und darauf epitaktisch gewachsenen Übergangsmetall-Filmen hinsichtlich ihrer strukturellen und magnetischen Eigenschaften mittels der streifenden Ionenstreuung gewonnen wurden. Der Schwerpunkt liegt dabei einerseits auf der Darstellung des Potentials der streifenden Ionenstreuung zur Untersuchung des Wachstums dünner Metall-Filme und andererseits in dem Vergleich der magnetischen Kopplungseigenschaften von Fe-, Cr-, Mn- und V-Filmen auf einer Fe(100)-Oberfläche innerhalb der ersten Monolagen.


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Insbesondere bildet die Arbeit damit eine Fortsetzung der Untersuchungen von J. Leuker [LEU94] im Rahmen seiner Promotion an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, in der mit dem Einfang polarisierter Elektronen in angeregte atomare Zustände die Fe(110)- und die Ni(111)-Oberfläche als Prototypen ferromagnetischer Einkristall-Oberflächen studiert wurden. Die dort gewonnenen Erkenntnisse werden durch methodische Studien ergänzt und die entsprechenden Experimente auf die epitaktischen 3d-Metallfilme angewendet.

Ferner wird neben den rein morphologischen Größen beim Filmwachstum auch die chemische Zusammensetzung der obersten Lagen beim heteroepitaktischen Wachstum analysiert, um entsprechende Interdiffusionsvorgänge zu charakterisieren.

Damit können Erkenntnisse über Zusammenhänge von strukturellen und magnetischen Eigenschaften der untersuchten Filme gewonnen werden.


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Wed Feb 27 12:47:01 2002