Interfacing Eu0 in confined oxide and metal heterostructures
Creators: name: Lömker, Patrick
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2018
Subjects: subject: Europiumoxide
subject: MBE
subject: Room-temperatur magnetism
subject: Interface
subject: 2DEG
subject: SrTiO3
subject: 2D hole gas
subject: Charge transfer
subject: HAXPES
subject: ARPES
subject: XMCD
subject: 530
subject: Nichtleiter
subject: Ferromagnetismus
subject: Redoxreaktion
subject: ARPES
subject: Magnetischer Röntgenzirkulardichroismus

description: EuO ist ein ferromagnetischer Isolator, eine seltene Materialklasse, welche ferromagnetische und isolierende Eigenschaften verbindet. Wir präparieren EuO schichten auf SrTiO3 (001) und anderen Oxiden in dem wir einen neuen Ansatz, die Redox Reaktion mit dem Substrat, verwenden. Indes entwickeln wir eine XPS Anpassungsroutine auf der Basis vorher gemessener Spektren des Eu 3d Kernniveaus. Die Redox Wachstumsmethode funktioniert im Temperaturbereich TS = 300 C-600 C, in dem wir stöchiometrisches EuO erhalten, abzüglich einer kleiner überoxidierten Region nahe der Grenzfläche. Wir analysieren die Wachstumsrate und finden ein Mott-Cabrera-artiges Wachstum, welches durch die ionische Sauerstoffleitfähigkeit des Substrates begrenzt wird. Die Kristallstruktur wird analysiert und wir finden eine epitaktische Beziehung von EuO(110)/SrTiO3 (100) und EuO(001)/SrTiO3 (001). Die magnetischen Eigenschaften sind vergleichbar mit denen von "bulk" EuO und eine maximale Schichtdicke von dEuO=15nm wird beobachtet. Die hier vorgestellte Methode reduziert die Komplexität das Wachstums, da die Sauerstoffpartialdruckkalibration wegfällt. Um Filme d &gt; 15nm zu erhalten lässt sich die bekannte adsorptionslimitierte Methode, nachdem das Redox Wachstum abgeschlossen ist, verwenden. Die elektronischen Eigenschaften von EuO/Oxid Heterostrukturen und EuO/Metall Grenzflächen werden analysiert. Indem ARPES an EuO/SrTiO3 gemessen wird, entdecken wir ein 2DEG, welches mit der Literatur von LAO/SrTiO3 übereinstimmt. Unsere Messung erweitert die bisherigen Arbeiten in zwei Gesichtspunkten, insofern, als dass wir ein 2DEG durch eine kontrollierte Redox Reaktion an der Grenzfläche hervorrufen und nun eine magnetische Wechselwirkung direkt am 2DEG angekoppelt ist. In einer weiteren Messung beobachten wir ein weiteres 2DEG, jedoch nun an der EuO/BaTiO3 Grenzfläche. Das besondere Interesse liegt hierin begründet, als dass andere Studien zeigten, dass für ein BaTiO3 2DEG die ferroelektrischen Eigeschaften des BaTiO3 erhalten bleiben. Anderesrseits ist das EuO/BaTiO3 Interface dafür bekannt, dass der Magnetismus von der im Substrat herrschenden ferroelektrischen Polarisation abhängt. An der dritten Grenzfläche, EuO/Pt wird ein gegenteiliger Effekt, ein 2DHG, vorausgesagt. Wir messen mit HAX-MCD die elementspezifischen magnetischen Eigenschaften und finden eine erhöhte Curietemperatur. Diese wird erwartet für genau die Wechselwirkung, welche auch zu dem 2DHG führt, welches wir als erstes Anzeichen für das vorhandensein des voraussgesagten 2DHG verstehen. Im letzten Teil werden die magnetischen Eigenschaften von Co/EuO, erneut elementspezifisch, mit XMCD studiert. Wir benutzen die Summenregeln, welche auch für Seltene Erden angewendet werden können. Hiermit bestimmen wir die Austauschwechselwirkungslänge 2 AFM = (5.6 ± 1.4)nm. Dies zeigt, dass sich der Effekt nur auf dünne EuO Filme auswirkt. Indem wir eine Hystereseschleife messen, entdecken wir auch Ferromagnetismus an Raumtemperatur, was deutlich über der Curietemperatur von EuO TC = 69K liegt. Wir benutzen die Daten der Hysterese um die Stärke der Austauschwechselwirkung zu bestimmen und erhalten J = 0.278 meV 5Jbulk. Wir ordnen diesen Effekt als magnetischen Nachbarschaftseffekt ein. Auch ultra-dünne filme dEuO = 2ML werden untersucht und zeigen ähnliche Ergebnisse und M(300K) = 1 μB/f.u., so dass sich mit Sicherheit sagen lässt, dass auch ultra-dünne EuO filme einen Raumtemperaturferromagnetismus durch die Grenzflächenwechselwirkung mit Co erhalten. Zusammengefasst haben wir eine neuartige Synthesemethode für hochwertiges EuO entwickelt, indem wir eine Substratredoxreaktion ausnutzen. Dadurch war es uns möglich faszinierende Grenzflächenphenomene in Oxid- und Metallheterostrukturen zu beobachten, welche von zwei-dimensionaler Leitfähigkeit bis hin zu der Entdeckung von Raumtemperatur Ferromagnetismus in EuO Filmen erstrecken. Auf diesem Wege eröffnen sich möglicherweise neue Richtungen im Bezug auf zukünftige EuO Studien.
description: Schriften des Forschungszentrums Jülich / Reihe Schlüsseltechnologien;174