"Optical Spectroscopy on NiMnIn, Ni₂MnIn Heusler Alloys, and Zn_0.05La_1.95Sr_0.05Cu_0.95O₄"

Kurzfassung

In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Messungen der optischen Eigenschaften an Dünnfilmproben von Ni₂MnIn Heuslerlegierungen sowie an Einkristallproben des schwach dotierten Kuprats Zn_0.05La_1.95Sr_0.05Cu_0.95O₄ vorgestellt. Als Teil dieser Arbeit wurden Erweite-rungen entwickelt für die Messung der magneto-optischen Eigenschaften der Heuslerlegie-rungen mit dem SE-850 Spektralellipsometer sowie für die Messung der Reflektivität mit Synchrotronstrahlung im Ultralviolettbereich für den Messplatz beamline I am DORIS III Speicherring.

Das Kapitel 2 behandelt die klassische Wechselwirkung von Licht mit Materie anhand des Drude-Lorentz Modells, das eine allgemeine Formel für die komplexe dielektrische Funktion ε(ω) von Festkörpern liefert. Lineare Antwortfunktionen wie ε(ω), der komplexe Brechungsindex ñ(ω) und die komplexe optische Leitfähigkeit σ(ω) sowie die Beziehungen zwischen ihnen werden ebenfalls behandelt. Die quantenmechanische Behandlung mit Störungsrechnung erster Ordnung ergibt wieder das Drude-Lorentz Modell mit einer Neuinterpretation der Parameter. Das Anfitten des Modells an Messdaten von Materialien hilft beim Verständnis der Bandstruktur. Die Grundlagen der Ellipsometrie werden behandelt, gefolgt von der Verallgemeinerung auf optisch anisotrope Festkörper mit der Einführung von Tensoren. Danach wird die Anwendung der Kramers-Kronig Transformationen bei der Berechnung der dielektrischen Funktion aus Reflektivitätsspektren erläutert, gefolgt von der klassischen und quantenmechanischen Theorie des magneto-optischen Kerreffekts. Abschließend folgt ein Abriss der charakteristischen Eigenschaften von Heuslerlegierungen und Kupraten.

Kapitel 3 enthält Details über das SE-850 Ellipsometer und dessen Erweiterung für magneto-optische Ellipsometrie (SGME) sowie Details zur Erweiterung von beamline I.

Die Kapitel 4 und 5 behandeln die Messungen der optischen und magnetooptischen Eigen-schaften von verschiedenen Ni₂MnIn Heuslerlegierungen sowie von Zn_0.05La_1.95Sr_0.05Cu_0.95O₄ und deren Interpretation.

In Kapitel 6 werden die Ergebnisse zusammengefasst und es wird ein Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen der experimentellen Aufbauten gegeben.

Titel

Kurzfassung

Summary

This thesis presents the results of the measurements of the optical properties of Ni₂MnIn Heusler alloy thin film samples, and of untwined single crystal samples of the underdoped cuprate Zn_0.05La_1.95Sr_0.05Cu_0.95O₄. For the measurement of the magneto-optical properties of the Heusler alloys a magneto-optical extension of a commercial SE-850 spectral ellipsometer has been developed as a part of this thesis. As another part of the thesis, an extension for the beamline I measuring station at the DORIS III storage ring has been developed, allowing for vacuum ultraviolet (VUV) reflectance spectroscopy.

Chapter 2 of the thesis treats the classical interaction of light with matter by means of the Drude-Lorentz model, yielding a general formula for the complex dielectric function ε(ω) of solids. Linear response functions like the dielectric function ε(ω), the complex refractive index ñ(ω), and the optical conductivity σ(ω) as well as relations between them are discussed also. The quantum mechanical treatment with first-order time-dependent perturbation theory again yields the Drude-Lorentz model but with a new interpretation of the parameters in the model. Fitting the model to the measured optical response of materials aids the understanding of their band structure. The basic ellipsometry principles are evolved, followed by the generalization to optical anisotropic solids, introducing tensors for the response functions. The Kramers-Kronig transformations are applied for the computation of the dielectric functions from reflectance spectra. Subsequently, the classical and quantum mechanical theory of the magneto-optical Kerr-effect is discussed. Chapter 2 ends with a survey of the characteristic prop-erties of Heusler alloys and cuprates.

Chapter 3 deals with the details of the experimental setups of the SE-850 spectral ellipsometer, its magneto-optical ellipsometry extension (SGME), and of beamline I with the gold mesh extension.

In chapters 4 and 5 the measurements of the optical and magneto-optical response of several Ni₂MnIn Heusler alloys and of Zn_0.05La_1.95Sr_0.05Cu_0.95O₄ are presented and interpreted with the help of the findings in chapter 2.

In chapter 6 the results are summed up and an outlook on the further development of the introduced setups is given.