Kurzfassung
Diese Dissertation zeigt die Herstellung von nanostrukturierten Systemen mit einem hohen Grad an morphologischer Uniformität und Regularität unter ausschließlicher Verwendung von Selbstorganisationsprozessen und deren Untersuchung mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM), Kleinwinkelstreuung von Röntgenstrahlung unter streifendem Einfall (GISAXS) und kernresonanter Streuung von Synchrotronstrahlung (NRS). Wenn möglich, werden die Röntgenstreumethoden in-situ und simultan angewandt, um die Entwicklung struktureller und magnetischer Eigenschaften der nanostrukturierten Systeme während der Selbstorganisation zu verfolgen und zu korrelieren.
Folgende Systeme werden diskutiert, wobei geordnete magnetische Nanostrukturen auf alpha-Al2O3 Substraten mit topographischer Oberflächenstrukturierung und auf Diblock-Copolymer-Dünnfilmen mit chemischer Oberflächenstrukturierung gewachsen werden:
Nanofacettierte Oberflächen von alpha-Al2O3.
Dünne Filme von mikrophasenseparierten Diblock-Copolymeren.
Magnetische Nanostrukturen auf nanofacettiertem alpha-Al2O3.
Magnetische Nanostrukturen auf Diblock-Copolymer-Dünnfilmen.
Die Steuerbarkeit der zugrunde liegenden Selbstorganisationsprozesse durch externe Faktoren wird zur Optimierung des strukturellen Ordnungsgrades der nanostrukturierten Systeme genutzt. Die hochgeordneten Systeme eignen sich besonders zur Untersuchung mit Röntgenstreumethoden, da aufgrund ihrer Uniformität das inhärent gemittelte Streusignal einer Probe aussagekräftige Informationen über die Eigenschaften der in ihr enthaltenen Nanostrukturen liefert:
Mit einem in-situ GISAXS Experiment während der Oberflächenrekonstruktion von alpha-Al2O3 bei über 1000 °C werden Details zur Facettenbildung ermittelt. Eine neue Methode, die in-situ GISAXS und NRS vereint, zeigt ortsaufgelöst die Entwicklung der magnetischen Zustände in einem Fe Film mit korrelierter struktureller und magnetischer Heterogenität während des Filmwachstums. Die Temperaturabhängigkeit der Form von auf Diblock-Copolymer-Dünnfilmen wachsenden Fe Nanodots wird mit einem in-situ GISAXS Experiment während der Sputterdeposition von Fe aufgedeckt. In hexagonalen Anordnungen von Fe Nanodots wird die Stabilisierung der Magnetisierung während des Wachstums mittels der Kombination von in-situ GISAXS und NRS beobachtet.
This thesis shows the preparation of nanostructured systems with a high degree of morphological uniformity and regularity employing exclusively self-assembly processes, and documents the investigation of these systems by means of atomic force microscopy (AFM), grazing incidence small angle x-ray scattering (GISAXS), and nuclear resonant scattering of synchrotron radiation (NRS). Whenever possible, the x-ray scattering methods are applied in-situ and simultaneously in order to monitor and correlate the evolution of structural and magnetic properties of the nanostructured systems. The following systems are discussed, where highly-ordered magnetic nanostructures are grown on alpha-Al2O3 substrates with topographical surface patterning and on diblock copolymer templates with chemical surface patterning: Nanofaceted surfaces of alpha-Al2O3. Magnetic nanostructures on nanofaceted alpha-Al2O3 substrates. Thin films of microphase separated diblock copolymers. Magnetic nanostructures on diblock copolymer thin film templates. The fact that the underlying self-assembly processes can be steered by external factors is utilized to optimize the degree of structural order in the nanostructured systems. The highly-ordered systems are well-suited for investigations with x-ray scattering methods, since due to their uniformity the inherently averaged scattered signal of a sample yields meaningful information on the properties of the contained nanostructures: By means of an in-situ GISAXS experiment at temperatures above 1000 °C, details on the facet formation on alpha-Al2O3 surfaces are determined. A novel method, merging in-situ GISAXS and NRS, shows the evolution of magnetic states in a system with correlated structural and magnetic inhomogeneity with lateral resolution. The temperature-dependence of the shape of Fe nanodots growing on diblock copolymer templates is revealed by in-situ GISAXS during sputter deposition of Fe. Combining in-situ GISAXS and NRS, the magnetization stabilization process is observed in hexagonal arrays of Fe nanodots during growth.