Einfluss von Unordnung und Grenzflächen auf elektronische und magnetische Eigenschaften von Heusler-Systemen
Anhand von Mössbauer-spektroskopischen Untersuchungen von Fe3Si-Filmen auf GaAs(100) und MgO(100) konnte nachgewiesen werden, dass das Wachstum von Fe3Si auf GaAs(100) durch eine Interdiffusion von Ga/As-Atomen gestört wird. Die Verwendung einer 3 nm dicken MgO-Tunnelbarriere auf der GaAs-Oberfläche unterdrückt diese Interdiffusion deutlich und ermöglicht so ein epitaktisches Filmwachstum von Fe3Si. Ein Vergleich der Röntgenabsorptionsuntersuchungen mit DFT-Rechnungen offenbart die Beiträge der verschiedenen Fe-Untergitter zum XAS und XMCD. Eine Berücksichtigung von Unordnung durch Ga/As-Atome in DFT-Rechnungen zeigt nur eine geringe Abnahme der Spinpolarisation von Fe3Si, so dass das System Fe3Si/GaAs(100) weiterhin ein interessanter Kandidat für spintronische Anwendungen ist.
Für die Gemische Co2MnSi und Co2FeSi konnte der Einfluss der 3d-Übergangsmetalle Mn/Fe auf die Hybridisierung durch Röntgenabsorption und DFT-Rechnungen bestimmt werden. Eine tiefenselektive Untersuchung der elektronischen Struktur von Mn in Co2MnSi an einer MgO-Grenzschicht lässt einen Anstieg der Anzahl unbesetzter d-Zustände vermuten und weist somit auf eine MnSi-Terminierung hin. An nicht-stöchiometrischen Co2FeSi-Gemischen konnte eine Magnetfeldabhängigkeit der elektronischen Struktur von Co und Fe in Si-reichem Co2FeSi beobachtet werden. Dies könnte ein Hinweis auf magnetostriktive Effekte in diesem Gemisch sein.
Des Weiteren wurde das Heusler-Gemisch Ni51.6Mn32.9Sn15.5 in dieser Arbeit untersucht, das ein Formgedächtnismetall darstellt und einen deutlichen inversen magnetokalorischen Effekt zeigt. In dieser Arbeit lag der Schwerpunkt auf den elementspezifischen magnetischen Eigenschaften von Ni und Mn. Für Mn wurde ein starker Anstieg des Verhältnisses von Bahn- zu Spinmoment ml/mS beobachtet. Während dieses Verhältnis in der Austenitphase 5% beträgt, steigt es in der Martensitphase auf 13.5% an. Gleichzeitig weist Ni einen nahezu konstanten Wert von ml/mS von 28% auf. Legt man in der Martensitphase ein Magnetfeld von 3 T an, so lässt sich der Wert des Verhältnisses von ml/mS für beide Elemente reduzieren, was auf einen feldinduzierten inversen Martensitübergang (FIRMT) hinweist.
A Mössbauer-spectroscopic investigation of Fe3Si films on GaAs(100) and MgO(100) revealed a disordered growth mode of Fe3Si on GaAs(100), which is caused by an interdiffusion of Ga/As atoms. Implementing a 3 nm thick MgO tunnelbarrier on the GaAs surface inhibits the interdiffusion and enables an epitaxial film growth of Fe3Si. By comparing experimental X-ray absorption measurements with DFT calculations we are able to resolve the contribution of the different Fe sublattices to the XAS and XMCD signal. Taking into account atomic disorder arising from Ga/As atoms within DFT calculation yields a small reduction of the spin polarization of Fe3Si, indicating that the system Fe3Si/GaAs(100) still is an interesting candidate for spintronic applications.
For the Heusler compounds Co2MnSi and Co2FeSi the influence of the 3d transition metals Mn/Fe on the hybridization was determined by X-ray absorption and DFT calculations. A depth-selective study of the electronic structure of Mn in Co2MnSi at the vicinity to a MgO tunnelbarrier indicates an increased number of unoccupied d states referring a MnSi terminated interface. For non-stochiometric Co2FeSi compounds a dependence of the electronic structure of Co and Fe from the external magnetic field was observed. This points to magnetostrictive effects in this compound.
Furthermore, the Heusler compound Ni51.6Mn32.9Sn15.5 was studied in this work. The compound is a shape memory alloy exhibiting a large inverse magnetocaloric effect. In this work the focus was put on the element-specific magnetic properties of Ni and Mn. For Mn a strong increase of the ratio of orbital to spin magnetic moment ml/mS was observed. In the austenite phase this ratio accounts for 5%, whereas in the martensite this value becomes 13.5%. For Ni ml/mS remains almost constant at 28%. Applying a magnetic field of 3 T in the martensite phase leads to a reduction of ml/mS for both elements, indicating a field-induced reverse martensitic transition (FIRMT).
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