Authors:	Vilanova Vidal, Enrique
Title:	Influence of defects and disorder on anomalous Hall effect and spin Seebeck effect on permalloy and Heusler compounds
Online publication date:	4-Jun-2012
Year of first publication:	2012
Language:	english
Abstract:	In dieser Arbeit wurden dünne Schichten von Heusler-Verbindungen hergestellt und auf ihre Transporteigenschaften hin untersucht.rnDer Anomale Hall-Effekt (AHE) ist dabei von besonderem Interesse. Er ist ein seit langer Zeit bekannter, jedoch noch nicht vollständig verstandener Transport-Effekt. Die meisten Veröffentlichungen theoretischer Arbeiten konzentrieren sich auf den Einfluss eines bestimmten Beitrags zum AHE. Tatsächlich gemessene experimentelle Daten können jedoch oft nicht in Einklang mit idealisierten Annahmen gebracht werden. rnDie vorliegende Arbeit diskutiert die Ergebnisse, welche aus Messungen von Materialien mit niedrigem Restwiderstand erhalten wurden. rnrnAls prototypische Materialien wurden hier hyphenation Heusler-Verbindungen untersucht. Als Material mit einer komplexen Topologie der Fermi-Fläche zeichnet sich dort der Einfluss von Defekten und der Unordnung der Kristallstruktur deutlich ab.rnrnDurch Verwendung von Filmen mit unterschiedlichem Grad der Unordnung können verschiedene Streumechanismen unterschieden werden. Für Co$_{2}$FeSi$_{0.6}$Al$_{0.4}$ and Co$_{2}$FeGa$_{0.5}$Ge$_{0.5}$ zeigt sich ein positiver AHE bei einer Unordnung vom Typ B2 und bei einer induzierten temperaturabh"angigen Streuung, wo hingegen eine Typ DO$_{3}$-Unordnung zusammen mit anderen möglichen intrinsischen Beiträgen einen negativen Effekt hervorruft.rnrnDarüber hinaus wurden die magneto-optische Kerr-Effekte (MOKE) dieser Verbindungen untersucht. Hierfür wurden Beiträge erster Ordnung als Funktion der intrinsischen und extrinsischen Parameter qualitativ analysiert. Auf den Einfluss der kristallinen Ordnung auf Beiträge zweiter Ordnung des MOKE-Signals wird ebenfalls eingegangen.rnrnDes Weiteren wurden dünne Schichten der Heusler-Verbindung Co$_{2}$MnAl auf MgO- und Si-Subs\-traten (beide (100)) mit Hochfrequenz-Mag\-netron-Sputtern erzeugt. Die zusammensetzung sowie die magnetischen und Transport-Eigenschaften wurden hinsichtlich unterschiedlicher Abscheidebedingungen systematisch untersucht.rnrnInsbesondere zeigt der AHE-Widerstand ein außerordentliches temperaturunabhängiges Verhalten in einem Bereich moderater Magnetfeldstärken von 0 bis 0.6\,T. Hierf"ur wurde der nicht-diagonale Transport bei Temperaturen bis zu 300\,$^{\circ}$C analysiert. Die Daten zeigen die Eignung des Materials für Hall-Sensoren auch oberhalb der Raumtemperatur.rnrnJüngst wurde der Spin Seebeck-Effekt (SSE) entdeckt. Der Effekt aus dem Bereich der Spin-Kaloritronik erzeugt eine Spin-Spannung'' aufgrund eines Temperaturgradienten in magnetischen Materialien. Hier werden vorläufige Messungen des SSE in Ni$_{80}$Fe$_{20}$ und in Heusler-Verbindungen präsentiert.rn In this work Heusler thin films have been prepared and their transport properties have been studied. Of particularly interest is the anomalous Hall effect (AHE). The effect is a long known but still not fully understood transport effect. Most theory papers focus on the influence of one particular contribution to the AHE. Actual measured experimental data, however, often are not in accordance with idealized assumptions. This thesis discusses the data analysis for materials with low residual resistivity ratios. As prototypical materials, half metallic Heusler compounds are studied. Here, the influence of defects and disorder is apparent in a material with a complex topology of the Fermi surface.rnrnUsing films with different degrees of disorder, the different scattering mechanisms can be separated. For Co$_{2}$FeSi$_{0.6}$Al$_{0.4}$ and Co$_{2}$FeGa$_{0.5}$Ge$_{0.5}$, the AHE induced by B2-type disorder and temperature-dependent scattering is positive, while DO$_{3}$-type disorder and possible intrinsic contributions possess a negative sign.rnrnFor these compounds, magneto-optical Kerr effects (MOKE) are investigated. First order contributions as a function of intrinsic and extrinsic parameters are qualitatively analyzed. The relation between the crystalline ordering and the second order contributions to the MOKE signal is studied.rnrnIn addition, sets of the Heusler compound \cma~ thin films were grown on MgO (100) and Si (100) substrates by radio frequency magnetron sputtering. Composition, magnetic and transport properties were studied systematically for samples deposited at different conditions.rnrnIn particular, the anomalous Hall effect resistivity presents an extraordinarily temperature independent behavior in a moderate magnetic field range from 0 to 0.6 T. The off-diagonal transport at temperatures up to 300\,$^{\circ}$C was analyzed. The data show the suitability of the material for Hall sensors working well above room temperature.rnrnRecently, the spin Seebeck effect (SSE) has been discovered. This effect is within the framework of spin caloritronics and it generates a spin voltage'' due to a temperature gradient in magnetic materials. Here, the preliminary measurements of the spin-Seebeck effect in permalloy and Heusler compounds are presented.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2043
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-31424
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	121 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen