Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2134
Authors: Arbelo Jorge, Elena
Title: Band structure of Heusler compounds studied by photoemission and tunneling spectroscopy
Online publication date: 22-Dec-2011
Language: english
Abstract: Heusler compounds are key materials for spintronic applications. They have attracted a lot of interest due to their half- metallic properties predicted by band structure calculations.rnThe aim of this work is to evaluate experimentally the validity of the predictions of half metallicity by band structure calculations for two specific Heusler compounds, Co2FeAl0.3Si0.7 and Co2MnGa. Two different spectroscopy methods for the analysis of the electronic properties were used: Angular Resolved Ultra-violet Photoemission Spectroscopy (ARUPS) and Tunneling Spectroscopy.rnHeusler compounds are prepared as thin films by RF-sputtering in an ultra-high vacuum system. rnFor the characterization of the samples, bulk and surface crystallographic and magnetic properties of Co2FeAl0.3Si0.7 and Co2MnGa are studied. X-ray and electron diffraction reveal a bulk and surface crossover between two different types of sublattice order (from B2 to L21) with increasing annealing temperature. X-ray magnetic circular dichroism results show that the magnetic properties in the surface and bulk are identical, although the magnetic moments obtained are 5% below from the theoretically predicted.rnBy ARUPS evidence for the validity of the predicted total bulk density of states (DOS) was demonstrated for both Heusler compounds. Additional ARUPS intensity contributions close to the Fermi energy indicates the presence of a specific surface DOS. Moreover, it is demonstrated that the crystallographic order, controlled by annealing, plays an important role on brodening effects of DOS features. Improving order resulted in better defined ARUPS features.rnTunneling magnetoresistance measurements of Co2FeAl0.3Si0.7 and Co2MnGa based MTJ’s result in a Co2FeAl0.3Si0.7 spin polarization of 44%, which is the highest experimentally obtained value for this compound, although it is lower than the 100% predicted. For Co2MnGa no high TMR was achieved.rnUnpolarized tunneling spectroscopy reveals contribution of interface states close to the Fermi energy. Additionally magnon excitations due to magnetic impurities at the interface are observed. Such contributions can be the reason of a reduced TMR compared to the theoretical predictions. Nevertheless, for energies close to the Fermi energy and for Co2MnGa, the validity of the band structure calculations is demonstrated with this technique as well.
Heusler-Verbindungen sind wichtige Materialen für Spintronik-Anwendungen. Sie sind wegen ihrer durch Bandstrukturrechnungen vorhergesagten halbmetallischen Eigenschaften von besonderem Interesse.rnZiel dieser Arbeit ist, die Gültigkeit der Vorhersagen der Halbmetallizität durch Bandstrukturrechnungen für zwei spezifische Heusler-Verbindungen, Co2FeAl0.3Si0.7 und Co2MnGa experimentell zu überprüfen. Für die Analyse der elektronischen Eigenschaften wurden zwei verschiedene Spektroskopie-Methoden verwendet: Winkelaufgelöste UV-Photoelektron-Spektroskopie (ARUPS) und Tunnelspektroskopie.rnDie Heusler-Verbindungen werden durch RF-Sputterdeposition als dünne Filme prepariert. Für Tunnelspektroskopie werden magnetische Tunnelkontakte hergestellt.rnUm die Spektroskopie-Ergebnisse interpretieren zu können, werden die kristallographischen und magnetischen Eigenschaften von Volumen und Oberfläche der Filme untersucht. Röntgenbeugung und Elektronenbeugung zeigen eine Übergang zwischen zwei Arten von Untergitterordnung (von B2 nach L21) im Filmvolumen und an der Oberflächen mit zunehmender Temper-Temperatur. Messungen des Röntgen-magnetischen-zirkular-Dikroismus Ergebnisse zeigen, dass die magnetischen Eigenschaften an der Oberfläche und im Volumen identisch sind. Allerdings sind die ermittelten magnetischen Momente um 5% kleiner als die theoretisch vorhersagen.rnMit ARUPS wird die Gültigkeit der vorhersagten Volumen-Zustandsdichte für beide Heusler-Verbindungen demonstriert. Zusätzliche ARUPS Intensität in der Nähe der Fermi-Energie zeigt das Vorhandensein einer speziellen Oberflächen-Zustandsdichten (DOS) an. Darüber hinaus wird demonstriert, dass die kristallographische Ordnung, die durch Tempern kontrolliert wird, eine wichtige Rolle für Verbreitungseffekte in der Zustandsdichte spielt. Eine Verbesserung der Ordnung ergibt schmaleren Strukturen in der Zustandsdichte.rnTunnelmagnetowiderstands-Messungen an den Kontakten zeigen für Co2FeAl0.3Si0.7 eine Spinpolarisation von 44%, den höchsten experimentellen Wert für diese Verbindung, obwohl deutlich niedriger als die theoretisch vorhergesagen 100%. Für Co2MnGa wird kein hoher TMR erreicht.rnUnpolarisierte Tunnelspektroskopie zeigt eine spezielle Grenzfläche-Zustandsdichte in der Nähe der Fermi-Energie. Zusätzlich wurde Beiträge von Magnon-Anregungen aufgrund von magnetische Verunreinigungen an der Grenzfläche beobachten. Solche Beiträge können der Grund für einen verminderten TMR im Vergleich zu den theoretischen Vorhersagen sein. Trotzdem wird die Gültigkeit der Bandstrukturrechnungen in der Nähe der Fermi-Energie für Co2MnGa auch mit dieser Technik demonstriert.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2134
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 184 S.
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