Title: Ionenstrahl induzierter Ferromagnetismus von dünnen Fe-Schichten auf Cu(100)
Other Titles: Ion beam induced ferromagnetism of ultrathin Fe films on Cu(100)
Language: Deutsch
Authors: Rupp, Werner 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Varga, Peter
Assisting Advisor: Fidler, Josef
Issue Date: 2009
Number of Pages: 163
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Die strukturellen und magnetischen Eigenschaften ultradünner epitaktisch bei Raum-temperatur (RT) aufgewachsener Fe-Schichten auf einem Cu(100) Einkristall werden diskutiert. Zur Strukturbestimmung wird die Raster-Tunnelmikroskopie (STM) und die niederenergetische Elektronenbeugung (LEED) eingesetzt. Die magnetische Anisotropie der Schicht wird durch Messung des magneto-optischen Kerr Effekts (MOKE) in longitudinaler und polarer Geometrie bestimmt. In Abhängigkeit der Schichtdicke können drei Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften eingeteilt werden. Zusätzlich ist aus der Literatur bekannt, dass die kubisch-flächenzentrierte (fcc) Phase, welche bei RT nicht ferromagnetisch ist, nur im Schichtdickenbereich von 5 bis 10 Monolagen (ML) stabilisiert werden kann. Durch Ionenbeschuß kann in Fe-Filmen im genannten Schichtdickenbereich eine Phasentransformation von der fcc-Phase in die bcc-Phase herbeigeführt werden. Anhand von LEED-Messungen kann die Transformation von der fcc- zu einer bcc-artigen Struktur nach einer Dosis von ca. 0.4 Argon-Ionen pro Oberflächenatom bei einer Energie von 1 keV festgestellt werden. Mit der strukturellen Umwandlung einher wird eine Änderungen zum ferromagnetischen Verhalten der magnetischen Anisotropie in Richtung der Oberfläche (longitudinal) ermittelt.
SMOKE-Messung zeigen zudem ein Verschwinden des bei niedrigen Temperaturen bekannten ferromagnetischen Verhalten der Oberflächenschicht mit polarer Anisotropie. Anhand von STM Messungen wird der Verlauf des Transformationsprozesses verfolgt und diskutiert.
Der Einfluss der Ionenenergie und der Ionenmasse (He, Ne, Ar, Kr, Xe) auf den Transformationsprozess wird eingehend untersucht um den Prozess zu erklären.
Um die Fe-Schicht vor der Oxidation beim Transport an Luft zu schützen, wurde eine 2 nm dicke Au-Schutzschicht zusätzlich aufgebracht. Durch Anwendung der Ionenlithographie werden ferromagnetische Strukturen im nm-Bereich erzeugt und durch ein magnetisches Kraftmikroskop (MFM) sichtbar gemacht.

The structure and magnetism of ultra thin epitaxial Fe films grown on Cu(100) at 300 K (RT) have been investigated by STM (scanning tunnelling microscopy), low-energy electron diffraction (LEED) and by surface magneto-optical Kerr effect (SMOKE). Hysteresis loops in longitudinal and polar geometry can be determined. Depending on the film thickness, three regimes with different magnetic properties and different orientation of the magnetic anisotropy are known and could be confirmed. Further it is also known that the fcc phase, which has no magnetic moment, can be achieved at room temperature (RT) only for a thickness of 5 to 10 monolayers (ML). We have observed that in these Fe films the phase transition from the fcc phase to the bcc phase can be induced and promoted by ion bombardment. By LEED measurements we observe the structural change from fcc to bcc-like structures after ion bombardment (e.g. ion dose around 0,4 Argon ions / surface atom). At RT, the structural transition is accompanied by a change of in-plane magnetization from paramagnetic to ferromagnetic behaviour.
Additionally, our SMOKE data show the disappearance of the low temperature surface ferromagnetism (with perpendicular magnetic anisotropy) as the films becomes bcc during ion bombardment. The influence of different ion energy and ion mass (He, Ne, Ar, Kr, Xe) on the transformation process was investigated intensively to explain the transformation process.
Further we built up a capping layer by a 2 nm thick Au film to protect the Fe film by oxidation at sample transfers. With a direct ion beam patterning instrument we are able to produce ferromagnetic areas (nm-sized) which was confirmed by Magnetic Force Microscopy (MFM) images. First result will be shown and discussed.
Keywords: Eisen Ferromagnetismus Kupfer Ionenlithographie Transformation STM Dünnschichttechnologie SMOKE Kerr
iron ferromagntic copper ion lithography transformation STM SMOKE thin-film Kerr
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-22081
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14731
Library ID: AC05040460
Organisation: E134 - Institut für Allgemeine Physik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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