Michael Kleiber, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2000 :
Kurzfassung
Die vorliegende Dissertation beschreibt die Untersuchung von
ultraduennen magnetischen Filmen und Oberflaechen mit den Verfahren der
Magnetkraftmikroskopie und der spinpolarisierten
Rastertunnelmikroskopie.
Die Magnetkraftmikroskopie hat sich bereits als Verfahren zur
hochaufloesenden
Abbildung von Domaenen etabliert. Jedoch erst die Anwendung des
Verfahrens
unter UHV-Bedingungen ermoeglicht die Untersuchung ultraduenner Filme bis
in den
Monolagenbereich ohne den Einsatz von Deckschichten. Die
spinpolarisierte
Rastertunnelmikroskopie hingegen befindet sich noch in der Entwicklung.
Es
zeigt sich jedoch bereits, dass sie hinsichtlich Aufloesung und
Sensitivitaet
allen bisherigen magnetischen Abbildungsverfahren deutlich ueberlegen
ist.
Nach einer Beschreibung der verwendeten Methoden in den ersten beiden
Kapiteln befasst sich das dritte Kapitel mit der Untersuchung
ultraduenner Kobaltfilme auf der (111)-Oberflaeche eines Goldkristalls.
Der bereits zuvor beobachtete Reorientierungsuebergang von senkrechter
zu in der Ebene liegender Anisotropie konnte bestaetigt werden. Die
magnetische Domaenenstruktur von Filmen mit Schichtdicken zwischen 1,8
und 40 Monolagen konnte abgebildet werden. Weiterhin konnte der
Einfluss von Kontaminationen auf die magnetische Anisotropie
untersucht werden.
Im vierten Kapitel werden die Untersuchungen an der
Chrom(001)-Oberflaeche beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit ist es
erstmals gelungen, die magnetische Struktur der Oberflaeche
ortsaufgeloest abzubilden. Hierbei wurden die theoretisch
vorhergesagten alternierend magnetisierten Terrassen beobachtet.
Darueber hinaus wurden erstmals Domaenenwaende entdeckt, welche von einer
durch Schraubenversetzungen entstehenden Spinfrustration ausgehen.
Im letzten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der magnetischen Struktur
der
Chrom(001)-Oberflaeche auf die Domaenenstruktur darauf aufgebrachter
ultraduenner
Eisenfilme mit Magnetkraftmikroskopie untersucht. Hierbei konnte fuer
Filme
einer Dicke von bis zu 12 Monolagen eine Domaenenstruktur gefunden und
mit der
darunterliegenden Terrassenstruktur des Chromsubstrates korreliert
werden.
The present work describes the investigation of ultrathin magnetic films and surfaces using magnetic force microscopy and spin-polarized scanning tunnelling microscopy. Magnetic force microscopy is already established as a tool to image magnetic domains with high resolution. To allow the investigation of ultrathin films down to a few monolayers thickness without protection layers this technique has to be applied under UHV-conditions. In contrast, spin-polarized scanning tunnelling microscopy is still under development. Nevertheless its superiority concerning lateral resolution and sensitivity has already been demonstrated. After a description of the applied techniques in the first two chapters, the third chapter deals with the investigation of ultrathin cobalt films on the (111)-surface of a gold single crystal. The previously observed reorientation transition from perpendicular to in-plane magnetic anisotropy was confirmed. MFM images of the films with thicknesses between 1.8 and 40 monolayers revealed their magnetic domain structure. Furthermore the influence of contamination on the magnetic anisotropy was studied. The fourth chapter focuses on the investigations of the Cr(001) surface by spin-polarized scanning tunnelling microscopy. In the course of this work, the magnetic structure of the surface could be imaged for the first time with high spatial resolution. The observations show the theoretically predicted alternately magnetized terraces. The investigations also led to the discovery of domain walls originating from spin frustrations caused by screw dislocations. The MFM study in the last chapter reveals how the domain structure of ultrathin iron films is influenced by the magnetic structure of the Cr(001) substrate. The domain structure found for films up to 12 monolayers thickness could be related to the underlying terrace structure of the Cr(001) surface.