Stress and magnetic properties of epitaxial ferromagnetic layers and ferromagnetic-transition metal oxide bilayers

Abstract

Die Arbeit stellt kombinierte Spannungs- und Strukturuntersuchungen von epitaktisch en NiO und CoO-Schichten auf Ag (001) vor. Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei der Bildung von NiO auf Ag (001) bei 300 K unerwartete Zugspannungen für die erste 1,5 Monolagen (ML) auftreten, wobei eine (2×1)-Struktur mit LEED beobachtet wird. Weiteres NiO wachstum führt zu Lages Wachstum bis zu 5 ML entspricht. Die gemessenen mittlere Spannung von −5.8 GPa quantitativ der Gitterfehlpassungspannug. Oberhalb von 5 ML treten Versetzungen auf, und die Verspannungen werden abgebaut. Im Falle von CoO auf Ag (001) wachsen die ersten 1.5 ML nahezu spannungsfrei. Fortgesetztes wachstum führt zu Druckspannungen. Allerdings sind die gemessenen mittleren Filmspannungen von −2.6 GPa bei 4 ML deutlich geringer als die aufgrund von Gitterfehlanpassung erwarteten Spannungen von −9.8 GPa. LEED-Messungen zeigen eine (1×1)-Struktur im gesamten untersuchten Dickenbereich bis hin zu 10 ML CoO. Der Einfluß der NiO und CoO-Schichten auf die Koerzitivfeldstärke des darüber abgeschiedenen Fe-Films wurde mit in-situ MOKE Messungen untersucht. Die Koerzitivität des Fe-Films ist aufgrund der Austausch-Wechselwirkung an der FM-AFM-Grenzschicht erhöht. Die Erholüng der Koerzivitäte hängt von der Temperatur als auch von der Dicke des AFM Films ab. Magnetoelastische Spannungsmessungen, zeigen, dass der agnetoelastische Kopplungskoeffizient B2 von Fe auf NiO −19.6 MJ/m3 beträgt, was sich sowohl in der Größenordung als auch im Vorzeichen vom Volumen Fe Wert von +7.83 MJ/m3 unterscheidet. B2 eines gleichdicken Fe-Films auf Ag (001) beträgt +2 MJ/m3. Die induzierten Spannungen innerhalb der Fe-Filme sind auf beiden Substraten vergleichbar. Dies deutet darauf hin, dass die FM-AFM-Grenzfläche eine eine wichtige Rolle für Betrag und Vorzeichen der magnetoelastischen Kopplung spielt.