Liviu Ionut Chelaru

Microscopic studies of interlayer magnetic coupling across nonmagnetic and antiferromagnetic spacer layers

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 16.12.2003

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde die magnetische Kopplung zwischen zwei epitaktisch auf Cu(001) aufgewachsenen und durch eine antiferromagnetische (AFM) oder nichtmagnetische Zwischenschicht getrennten ferromagnetischen (FM) Schichten untersucht. Als FM Schichten dienten Co und FeNi, deren leichte Magnetisierungsachsen in der Schichtebene liegen sowie Ni mit einer leichten Magnetisierungsachse senkrecht zur Schichtebene. Als AFM Schicht wurde Fe50Mn50 und als nichtmagnetische Zwischenschicht Cu gewählt. Das lagenweise Wachstum wurde durch das Auftreten von MEED/RHEED-Oszillationen während des Schichtwachstums nachgewiesen. Insbesondere wurde mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) die Oberflächen-Morphologie von Fe50Mn50 untersucht. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magneto-optischem Kerr-Effekt und durch Abbildung magnetischer Domänen mit Hilfe eines Photoelektronen-Emissionsmikroskops (PEEM) unter Ausnutzung des zirkularen magnetischen Dichroismus als Kontrastmechanismus untersucht.

The interlayer magnetic coupling between two ferromagnetic layers (FM) across an antiferromagnetic (AFM) or a nonmagnetic spacer layer, epitaxially grown on Cu(001), has been studied in this work. As FM layers were used Co, FeNi which show an in-plane EA magnetization direction and Ni with an out-of-plane EA magnetization direction in a certain thickness regime. As an AFM layer was chosen Fe50Mn50, and Cu as a nonmagnetic spacer layer. The layer-by-layer growth of Co, Ni, FeNi and Fe50Mn50 has been deduced from the presence of MEED/RHEED oscillations acquired during deposition. In particular for Fe50Mn50, the surface morphology has been studied by scanning tunnelling microscopy (STM). The magnetic properties have been measured by magneto-optic Kerr effect and by imaging magnetic domains, using a photoelectron emission microscope (PEEM) with X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) as magnetic contrast mechanism.

Keywords:
Photoelektronen-Emissionsmikroskopie, magnetischer Zirkulardichroismus, Rastertunnelmikroskopie, ultradünne magnetische Filme, antiferromagnetische Schichten, magnetische Domänen, magnetische Zwischenschicht-Kopplung

Photoelectron emission microscopy, magnetic circular dichroism, scanning tunnelling microscopy, ultrathin magnetic films, antiferromagnetic layers, magnetic domains, magnetic interlayer coupling

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Contents (1, i-ii)
Introduction (1-4)
1 Magnetic interlayer coupling (5-16)
2 Experimental aspects (17-28)
3 Epitaxial growth and magnetic coupling across Fe50Mn50 (29-56)
4 Magnetic coupling across Cu layers (57-70)
5 Discussion (71-92)
Summary and conclusions (93-96)
Zusammenfassung (97-100)
Bibliography (101-108)