Katharina Uta Schlickum

Spin-polarized scanning tunneling microscopy studies on in-plane magnetization components of thin antiferromagnetic films on Fe(001)

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 02.02.2005

Abstract
In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass mit der spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie (spin-polarized scanning tunneling microscopy (Sp-STM)) eine wohldefinierte Komponente der Spinpolarisation in der Ebene der Probenoberfläche mit einer hohen lateralen Auflösung (mindestens 1nm) abgebildet werden kann. Als Rasterelektrode wurde ein ferromagnetischer Ring eingesetzt.
Die Methode des Sp-STM wurde genutzt, um die Spinanordung von antiferromagnetischen Oberflächen zu untersuchen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Abbildung von dünnen, lagenweise antiferromagnetischen Mn und Cr Filmen, die sich im direkten Kontakt zu einem ferromagnetischen Fe(001) Substrat befinden. In den Sp-STM Bildern ist die antiferromagnetische Ordnung von aufeinanderfolgenden Mn beziehungsweise Cr Lagen an der Oberfläche deutlich sichtbar. An der Oberfläche von Mn Filmen auf Fe(001) wurden magnetisch frustrierte Bereiche gefunden. Diese Bereiche, in denen die magnetische Ordnung gestört ist, wurden durch das Vorhandensein von atomaren Stufen an der Grenzfläche zwischen Film und Substrat erklärt.

In this work, it was shown that spin-polarized scanning tunneling microscopy (Sp-STM) can be used to image one well-defined in-plane component of the spin polarization of a sample surface with high lateral resolution. This was achieved by the proper choice of a Sp-STM electrode, namely a ring.
The capability of the Sp-STM was used to measure the spin arrangement of antiferromagnetic surfaces with a high lateral resolution of at least 1 nm. The main part of this work deals with the investigation of thin layer-wise antiferromagnetic ordered Mn films which are in direct contact to a ferromagnetic Fe(001) substrate. In addition, measurements were performed on thin layer-wise antiferromagnetic ordered Cr films on Fe(001). In the Sp-STM images, clearly the layer-wise antiferromagnetic order of adjacent Mn and Cr layers is visible. Magnetically frustrated regions were found at the surface of Mn films on Fe(001). These frustrations are caused by the interface roughness between Mn and Fe.

Keywords:
spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie, austauschgekoppelte Systeme, Mn auf Fe(001), Cr auf Fe(001), magnetische Frustration

spin-polarized scanning tunneling microscopy, exchange coupled systems, Mn on Fe(001), Cr on Fe(001), magnetic frustrations

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Contents (I-IV)
1 Introduction (1-4)
2 Theoretical background (5-20)
3 Experimental techniques (21-34)
4 Antiferromagnetic Mn films on Fe(001) (35-56)
5 Discussion (57-72)
6 Conclusion (73-74)
Bibliography (75-82)
Deutsche Zusammenfassung