Magneto-Thermoelectric Effects in Co/Pt Layered Systems

The magnetoresistance and magneto-thermoelectric effects of Pt/Co/Pt layered systems are investigated. The wire shaped films are prepared by means of photolithography varying the cobalt thickness t_Co in the range of 0.8 nm to 50 nm. Measurements of the resistivity rho and the thermopower (Seebeck coefficient) S in dependence on external magnetic field and magnetization orientation, respectively, are performed. The thickness dependent evaluation enables to disentangle effects that are superimposed in the measurements and to correct for the shunting influence of the Pt layers on the electrical current and thermovoltage in the Co layer. The latter is essential for a quantitative determination of the genuine magnetization dependent magnitudes of the effects originating in the Co bulk and Co/Pt interfaces. Beyond reproducing the known results of the anisotropic magnetoresistance (AMR) and anisotropic interface MR (AIMR) effects their thermoelectric analogs, namely, the anisotropic magneto-thermoelectric power (AMTEP) and the interface AMTEP are revealed whereat the latter was firstly reported in literature as part of this thesis. The existence of these effects were anticipated due to the Mott formula which describes the proportionality between the thermopower S and the electrical conductivity sigma (=1/rho if scalar) in the form of S = C * 1/sigma with C being proportional to the energy derivative of the conductivity at the Fermi energy. The AMR and AIMR results are adapted regarding the current shunting with an existing correction model, considering the layered sample structure, yielding the genuine effect sizes. For the AMTEP and interface AMTEP another model is developed to determine the pure effect sizes in the thermopower, too. The comparison of the bulk and interface effects reveals a different scaling in the resistivity and thermopower as C_bulk non-equal C_interf. In consequence to the dependence of C on the mentioned derivative, this leads to the conclusion that in the regions where the effects originate (bulk and interface, respectively) a different electronic band structure is present. To validate the integrity of this finding numerous additional investigations are performed, e.g., the consideration of the three dimensional temperature gradient in the sample and its impact (Nernst effects) on the thermoelectric measurements. It is found to be the source of parasitic contributions to the longitudinal thermopower which are successfully eliminated from the measurement data. Es werden die Magnetowiderstands- und magnetothermoelektrischen Effekte von Pt/Co/Pt-Schichtsystemen untersucht. Die drahtformigen Filme werden per Photolithographie hergestellt, wobei die Cobalt-Dicke t_Co im Bereich von 0.8 nm bis 50 nm variiert wird. Der spezifische Widerstand rho und die Thermokraft (Seebeck-Koeffizient) S wird in Abhangigkeit eines externen Magnetfeldes bzw. der Magnetisierungsorientierung gemessen. Die dickenabhangige Untersuchung erlaubt es, Effekte, die in den Messungen uberlagert auftreten, zu trennen und den Kurzschluss-Einfluss der Pt-Schichten auf den elektrischen Strom und die Thermospannung in der Co-Lage zu korrigieren. Letztgenanntes ist unerlasslich fur eine quantitative Bestimmung der unverfalschten magnetisierungsabhangigen Grosen der Effekte, welche im Co-Volumenfestkorper und den Co/Pt-Grenzflachen ihren Ursprung finden. Neben der Reproduktion der bekannten Ergebnisse des anisotropen Magnetowiderstandseffekts (AMR) und des anisotropen Grenzflachen-Magnetowiderstandseffekts (AIMR) werden deren thermoelektrischen Gegenstucke, der anisotrope Magneto-Thermokrafteffekt (MTEP) und anisotrope Grenzflachen-Magneto-Thermokrafteffekt (interface AMTEP), aufgedeckt, wobei der letztgenannte erstmalig im Rahmen dieser Arbeit in der Literatur veroffentlicht wurde. Die Existenz besagter Effekte wurde anhand der Mott-Formel erwartet, welche die Proportionalitat zwischen Thermokraft S und der elektrischen Leitfahigkeit sigma (=1/rho falls skalar) in der Form S = C * 1/sigma beschreibt. C ist dabei proportional zur Ableitung der spezifischen Leitfahigkeit nach der Energie an der Fermi-Energie. Die AMR- und AIMR-Ergebnisse werden bezuglich des Kurzschluss-Einflusses auf den Strom mit einem bestehenden Korrekturmodell, welches das Schichtsystem berucksichtigt, angepasst, was zu den unverfalschten Effektgrosen fuhrt. Fur den AMTEP und den Grenzflachen-AMTEP wird ein weiteres Modell entwickelt um auch fur die thermoelektrischen Messungen die reinen Effektgrosen zu bestimmen. Der Vergleich der Volumenfestkorper- und Grenzflacheneffekte enthullt eine unterschiedliche Skalierung in Widerstands- und thermoelektrischen Messungen, da C_bulk ungleich C_interf. beobachtet wird. Wegen der Abhangigkeit von C von der vorher erwahnten Ableitung fuhrt dies zu dem Schluss, dass in den Entstehungsgebieten (Volumenfestkorper bzw. Grenzflachen) der Effekte eine unterschiedliche elektronische Bankstruktur vorliegt. Um die Aussagekraft dieses Ergebnisses zu verifizieren, werden zahlreiche zusatzliche Untersuchungen durchgefuhrt, z. B. die Berucksichtigung des dreidimensionalen Temperaturgradienten in der Probe und dessen Einfluss (Nernst-Effekte) auf die thermoelektrischen Messungen. Es wird festgestellt, dass dieser die Quelle parasitarer Beitrage zur Langs-Thermokraft darstellt, welche erfolgreich von den Messdaten entfernt werden konnen.