Effect of quantum well states on the magnetic anisotropy of ferromagnetic films

Abstract

In dieser Arbeit wird gezeigt, dass d-Band Quantengrabenzustände (QWS) in ferromagnetischen Filmen zu Oszillationen der magnetischen Anisotropie als Funktion der Filmdicke führen. Systematische Untersuchungen des magneto-optischen Kerr-Effekts (MOKE) für verschiedene Film-Substrat-Kombinationen erlauben es uns, die Oszillation der magnetischen Anisotropie als direkte Konsequenz der Quantisierung von senkrecht zur Oberfläche orientierten dxz und dyz Orbitalen zu identifizieren. Zusätzlich wird durch Messungen des zirkularen, magnetischen Röntgendichroismus (XMCD) eine direkte Korrelation zwischen den QWS, dem Drehimpuls und der magnetischen Anisotropie nachgewiesen. Es wird weiterhin gezeigt, dass die gemessene Oszillationsamplitude der magnetischen Anisotropie deutlich von der Temperatur abhängt. Mithilfe von spin-polarisierter, niederenergetischer Elektronenmikroskopie (SPLEEM) wird die Änderung der leichten Magnetisierungsrichtung sichtbar gemacht.

This work demonstrates that d-band quantum well states (QWS) in ferromagnetic films lead to magnetic anisotropy oscillations as a function of film thickness. The systematic magneto-optical effect (MOKE) studies on several film/substrate combinations allow to conclude that the magnetic anisotropy oscillations are a direct consequence of the quantization of dxz, dyz out-of-plane orbitals. In addition, X-ray Magnetic circular dichroism (XMCD) measurements reveal a direct correlation between QWS, the orbital moment and the magnetic anisotropy. It is also shown that the measured oscillation amplitude of magnetic anisotropy strongly depends on temperature. By using spin-polarized low energy electron microscopy (SPLEEM) it is demonstrated how changes of the easy magnetization axis proceed in our systems.