Röntgenabsorptionsspektroskopie und magnetischer Röntgenzirkulardichroismus an dünnen Heusler-Filmen

Verbindungen aus nicht ferromagnetischen Bestandteilen, die ferromagnetische Eigenschaf-ten zeigen, sind seit Anfang des 20. Jahrhunderts bekannt und werden nach ihrem Entdecker als Heusler-Verbindungen bezeichnet. Seitdem haben sie nichts von ihrer Faszination eingebüßt, besitzen sie doch eine Fülle besonderer Eigenschaften mit Anwendungen z.B. in der Spintronik.rnAuf der Suche nach geeigneten Legierungen ist es wünschenswert, zunächst grundlegende Eigenschaften wie das magnetische Moment elementspezifisch bestimmen zu können. Hierfür sind Methoden wie Röntgenabsorptionsspektroskopie und magnetischer Röntgenzirkulardichroismus (XAS/XMCD) prädestiniert.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde eine Apparatur entwickelt, mit deren Hilfe XAS- und XMCD-Messungen an dünnen Heusler-Filmen durchgeführt werden können. Da Grenzflächeneigenschaften von besonderem Interesse sind, wurde der experimentelle Aufbau so gewählt, dass gleichzeitig Volumen und Oberflächeneigenschaften untersucht werden können. Durch Vergleich dieser Messdaten erhält man Zugang zu den Grenzflächeneigenschaften.rnSo konnte mit XAS-Messungen nachgewiesen werden, dass sich die chemischen Eigenschaften an der Grenzfläche mancher Filme von denen im Volumen des Films unterscheiden (Oxidation bzw. Interdiffusion der Abdeckschicht). Auch stöchiometrische Unterschiede zwischen Oberfläche und Volumen konnten so identifiziert werden.rnMit Hilfe von XMCD-Messungen wurden elementspezifische magnetische Momente bestimmt und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Auch hierbei konnten Oberflächen- und Volumenmomente miteinander verglichen werden. So wurde z.B. unter Verwendung einer Schichtserie die Anzahl magnetischer Totlagen an beiden Grenzflächen bestimmt. Diese Informationen sind wichtig, um die Qualität dünner Filme steigern zu können.rnDes Weiteren war es auch möglich, temperaturabhängige Änderungen in der Ni2MnGa Zustandsdichte, die von der Theorie vorhergesagt wurden, in den XAS-Spektren nachzuweisen. Schließlich wurde noch eine Methode entwickelt, die es erlaubt, unter bestimmten Voraussetzungen auf die partielle unbesetzte Zustandsdichte (PDOS) zu schließen. Dies liefert wichtige Hinweise auf Lage und Breite der bisher nur theoretisch vorhergesagten Bandlücke. Es ist mit der hier vorgestellten Methode nicht möglich, die gesamte PDOS für alle Elemente zu vermessen, doch können so relativ leicht vielversprechende Kandidaten für weitere Untersuchungen gefunden werden.rn

There is a class of compounds consisting of non-ferromagnetic components, which nonetheless exhibit ferromagnetic behavior. They are referred to as Heusler compounds, named after F. Heusler, who discovered them at the beginning of the 20th century. Since then they haven’t lost any of their fascination, as they exhibit a plethora of special properties with applications in e.g. spintronics.rnWhen searching for suitable alloys, it is desirable to first determine the basic properties like the magnetic moment for each element. Methods like X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) are well suited for this purpose.rnAccordingly, a system capable of performing XAS and XMCD measurements on thin Heusler films was employed for this thesis. Since interface properties are of particular interest, the experimental setup was designed to allow for the simultaneous investigation of surface and bulk properties. A comparison of these measurements provides access to the interface properties.rnXAS measurements proved that the chemical properties at the interface of some films deviate from the bulk due to oxidation and interdiffusion. Stoichiometric differences between bulk and interface could be identified as well.rnThe element specific magnetic moments were determined using XMCD and compared with theoretical predictions, once again separating bulk and surface. For example, a layer series was used to determine the number of magnetic dead layers at both interfaces. This information is important for improvements in the quality of thin films.rnFurthermore, using XAS it was possible to confirm temperature dependent changes in the density of states of Ni2MnGa, which had been predicted by theory. Finally, a method was developed that allows inferring the partial unoccupied density of states (PDOS) under certain conditions. This provides important information on the position and width of the theoretically predicted band gap. It is not possible to measure the whole PDOS for all elements with this method, but it is relatively easy to identify promising candidates for further investigations.rn