Riesenmagnetowiderstand in Fe/Cr/Fe-Schichtungen mit variablen Fe-Schichtdicken: Einfluss von Spinpolarisations- und Rauigkeitseffekten

Breidbach, Michael (2003). Riesenmagnetowiderstand in Fe/Cr/Fe-Schichtungen mit variablen Fe-Schichtdicken: Einfluss von Spinpolarisations- und Rauigkeitseffekten. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Dreilagensysteme aus Eisen und Chrom mit variablen Eisenschichtdicken mit Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Das Schichtsystem wurde auf einer (001)-orientierten Goldunterlage auf Gallium-Arsenid Substraten aufgebracht. Die freien Oberflächen der verschiedenen Schichten wurden in-situ durch die oszillierende Intensität des Beugungsbildes hochenergetischer Elektronen (RHEED) analysiert. Dadurch ist es möglich die lokalen Rauigkeitsänderungen auf der Probe zu ermitteln. Die Magnetisierungen der Eisenschichten koppeln antiferromagnetisch über die Chromzwischenschicht und können in einem äußeren Magnetfeld parallel ausgerichtet werden. Dadurch zeigen die Dreifachschichten den Riesenmagnetowiderstand, die Erhöhung des elektrischen Widerstands bei antiparalleler Stellung der Magnetisierungen. Trotz der dominierenden Leitfähigkeit der Goldschicht ist es möglich den Riesenmagnetowiderstand mit Stromfluss in der Schichtebene zu messen. In diesem Probensystem erweist sich die Größe des Riesenmagnetowiderstand als abhängig von zwei Effekten. Den größten Einfluss hat die Spinpolarisation der Elektronen, bedingt durch die geringe Schichtdicke der magnetoresistiven Schicht im Vergleich zur mittleren freien Weglänge der Elektronen im Eisen. Zusätzlich kann ein Beitrag zum Riesenmagnetowiderstand durch die Grenzflächenrauigkeit zwischen den Eisen- und Chromschichten bestätigt werden: Wenn die Grenzflächen rauer sind, ist der Effekt gegenüber den glatteren Grenzflächen leicht erhöht.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Fe/Cr/Fe-trilayers with varying thickness of iron were fabricated using molecular beam epitaxy. The trilayer-system was grown on (001) oriented gold buffer on top of Gallium-Arsenid substrates. The surfaces of the grown layers could be studied by observing the intensitie oszillations of the diffraction patterns of high energy electrons (RHEED). This feature was exploited to determine the local roughness of the specimen. The giant magnetoresistance (GMR) effect is the drop of the electrical resistance as the configuration of the magnetizations in neighboring iron layers goes from antiparallel to parallel alignment. An essential condition for the observation of GMR is the possibility to influence the magnetic configuration of the sample. The magnetizations of the iron layers, separated by a suitable thickness of the chromium spacer layer were coupled antiferromagnetically and could be aligned parallel by an external magnetic field. Despite of the dominating electrical conductivity of the underlying gold buffer layer it is possible to measure the GMR with the current flowing in plane of the layers. On the basis of the sample-system two effects influence the size of the GMR. The spinpolarization of the electrons gives the main contribution, due to the thin lower iron layer, as compared to the mean free path of the electrons. In addition to that it could be confirmed that the roughness of the interface of the iron and chromium layers has an abated contribution: with rougher interfaces the GMR effect was slightly enhanced.

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