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Titel: Magneto-optische und magnetische Untersuchungen an MBE gewachsenen MnS- und MnCrS-Strukturen
Autor: Demper, Manuel
Weitere Beteiligte: Heimbrodt, Wolfram (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0653
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-06538
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0653
DDC: Physik
Titel(trans.): Magneto-optical and magnetic investigations on MBE grown MnS and MnCrS structures

Dokument

Schlagwörter:
Optische Spektroskopie, Niederdimensionaler Halbleiter, magneto-optische Untersuchungen, electron spin resonance spectroscopy, Quanteninterferometer, time resolved photoluminescence, MnS, Antiferromagnetikum, zeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie, Elektronenspinresonanzspektroskopie, SQUID, low dimensional semiconductor, magneto-optical investigations, MnS

Zusammenfassung:
Im Hinblick auf die stetige Miniaturisierung bestehender elektronischer Bauelemente ist irgendwann der Punkt erreicht, bei dem sich die bekannten fundamentalen Eigenschaften der verwendeten Materialien aus der makroskopischen Welt grundlegende ändern. Da diese insbesondere für ferro- und antiferromagnetische Materialien noch zu großen Teilen unverstanden sind, wird anhand verschiedenster Zinkblende-Schichtsystemen aus ZnSe/MnS/ZnSe, die mithilfe der Molekularstrahlepitaxie auf ein GaAs-Substrat abgeschieden sind, der Frage nach den Eigenschaften dieser niederdimensionalen Materialien nachgegangen. Dabei wird neben dem Einfluss der Dimension durch sukzessive Reduktion der Schichtdicke des antiferromagnetischen Materials MnS auch die Wirkung des Einbaus von Chrom auf die magnetischen Eigenschaften von MnS untersucht. Der dabei beschrittene experimentelle Weg, bei dem eine charakteristische Emission der für die magnetische Ordnung des Mangans verantwortlichen 3d-Elektronen zeitaufgelöst aber auch in Abhängigkeit der Temperatur und eines externen Magnetfeldes untersucht wird, erlaubt eine detaillierte Studie der magnetischen Eigenschaften des MnS bis zu realen zweidimensionalen Systemen. Die erlangten experimentellen Befunde offenbaren unter anderem ein magnetisches Phasendiagramm bei der dünnsten MnS-Schicht (1.8nm), das ein zweidimensionales Heisenberg-Spinsystem mit einer uniaxialen Anisotropie entlang der Wachstumsrichtung der Probe postuliert. Die Verwendung „herkömmlicher“ Messverfahren, wie die SQUID-Magnetometrie oder die Elektronenspinresonanz, die jedoch aufgrund der geringen Anzahl an magnetischen Momenten an ihre Auflösungsgrenze stoßen, dient zusätzlich zur Bestätigung dieser Ergebnisse. Die an den MnS entwickelten Messkonzepte, können auf entsprechende MnCrS-Schichtsysteme mit verschiedenen Chromanteilen angewendet werden und attestieren diesen Materialsystemen neben einer mit dem Chromgehalt zunehmenden magnetischen Phasenübergangstemperatur auch einen dominanter werdenden ferromagnetischen Charakter.

Summary:
With regard to the constant miniaturization of established electronic devices the point will be reached where the intrinsic properties of these materials differ from the fundamental characteristics of the corresponding bulk structures. Particularly for ferro- and antiferro-magnetic materials these properties are still not fully understood. Hence, with the help of molecular beam epitaxy grown zinc blende ZnSe/MnS/ZnSe structures on a GaAs-Substrate the open question on the properties of these low dimensional Materials will be answered. Therefore the influence of a reduced dimension by a successive decrease of the layer thickness of the antiferromagnetic MnS films as well as the effect of an incorporation of chromium into the MnS is studied. By a time resolved, temperature and magnetic field dependent investigation of a characteristic emission of the Manganese 3d electrons which are responsible for the magnetism, a detailed analysis of the magnetic properties of MnS down to real two dimensional structures becomes possible. One result of these experiments is that the thinnest MnS layer (1.8nm) shows a phase diagram of a two dimensional Heisenberg-spin-system with a weak uniaxial anisotropy along the growth direction of the layer structure. Additionally, common techniques like SQUID measurements and electron spin resonance spectroscopy confirm these results. However, these Methods reach their resolution limit. The measurement concepts developed for MnS were transferred on MnCrS layer structures with increasing chromium content. These studies show a significant increase of the magnetic phase transition as well as a change from an antiferro- to a more ferromagnetic character of the MnCrS system with the incorporation of chromium.


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