Über die ungewöhnlichen optischen und magneto-optischen Eigenschaften von Mangan-dotiertem Zinkoxid

In den letzten Jahren wurde vermehrt versucht durch die Forschung an verdünnten magnetischen Halbleitern (DMS) das Gebiet der Spintronik zu erschließen. In der Spintronik soll nicht nur die Ladung des Elektrons, wie in der herkömmlichen Halbleiterelektronik, genutzt werden, sondern zusätzlich noch d...

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Main Author: Jankowski, Stephanie
Contributors: Heimbrodt, Wolfram (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2013
Physik
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:In den letzten Jahren wurde vermehrt versucht durch die Forschung an verdünnten magnetischen Halbleitern (DMS) das Gebiet der Spintronik zu erschließen. In der Spintronik soll nicht nur die Ladung des Elektrons, wie in der herkömmlichen Halbleiterelektronik, genutzt werden, sondern zusätzlich noch das magnetische Moment des Elektrons, der sogenannte Spin. Diese Materialien könnten dafür genutzt werden, neuartige Sensor- und Speichermethoden zu entwickeln. Dazu ist es essentiell eine genauere Kenntnis der elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser Materialien zu erlangen. Das in der vorliegenden Arbeit untersuchte Material ZnMnO ist ein vielversprechender Anwärter für den Bereich der Spintronik, da diesem in den theoretischen Arbeiten von Dietl et al. [1] Ferromagnetismus bei Raumtemperatur vorausgesagt wurde. Leider gibt es bis heute aber weder Einstimmigkeit darüber, ob Ferromagnetismus in diesem Material möglich ist, noch genauere Kenntnis über die zu Grunde liegenden elektronischen und magnetischen Eigenschaften. Denn wie sich herausstellt, verhält sich dieses Material im Vergleich zu den übrigen Vertretern der II-VI-DMS Familie anders als es der chemische Trend erwarten lässt. Es wurden ZnMnO-Kristalle im Rahmen der Promotion optisch und magnetooptisch untersucht, um so fundamentale Erkenntnisse über ihre optoelektronischen und optomagnetische Eigenschaften zu erhalten und damit eine Erklärung für das außergewöhnlich Verhalten des Materialsystems zu finden. Hierzu stand ein breiter Zugriff auf diverse experimentelle Methoden zur Verfügung, bei dem neben temperatur- und polarisationsabhängigen Photolumineszenzmessungen in externen Magnetfeldern auch Absorptionsmessungen sowie Ramanspektroskopische Untersuchungen eingesetzt wurden. Die daraus gewonnen Ergebnisse lieferten einen Zugang zu den Materialparameter der Exzitonen, aber auch ein eindeutiges Bild über das interne Mangansystem. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde deutlich, dass obwohl das Mangan im ZnO-Kristall auf den entsprechenden Zn-Gitterplätzen eingebaut ist, die d-Elektronen des Mangans jedoch nicht wie erwartet mit den Elektronen des Wirtskristalls hybridisieren und es aufgrund dessen nicht zu den magnetischen erwarteten großen Austauschwechselwirkungen kommt. Leider bedeutet dies auch, dass damit keine Spintronik mit diesem Material möglich sein wird. [1] T. Dietl et al. Science 287, 1019 (2000), PRB 63, 195205 (2001)
DOI:https://doi.org/10.17192/z2014.0055