Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2553
Authors: Conca Parra, Andrés
Title: Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co 2 Cr 0.6 Fe 0.4 Al
Online publication date: 11-Apr-2008
Language: english
Abstract: Materialen mit sehr hoher Spinpolarisation werden für Anwendungen im Bereich der Spin-Elektronik benötigt. Deshalb werden große Forschungsanstrengungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Verbindungen mit potentiell halbmetallischem Charakter, d. h.mit 100% Spinpolarisation, unternommen. In halbmetallischen Verbindungen, erwartet man eine Lücke in der Zustandsdichte an der Fermi Energie für Ladungsträger einer Spinrichtung, wahrend die Ladungsträger mit der anderen Spinrichtung sich metallisch verhalten. Eine Konsequenz davon ist, dass ein Strom, der durch solche Verbindung fließt, voll spinpolarisiert ist. Die hohe Curie-Temperatur Tc (800 K) und der theoretisch vorhergesagte halbmetallische Charakter machen Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) zu einem guten Kandidaten für Spintronik-Anwendungen wie magnetische Tunnelkontakte (MTJs = Magnetic Tunneling Junctions). In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von dünnen CCFA Schichten dargestellt. Diese Schichten wurden in MTJs integriert und der Tunnel-Magnetowiderstands-Effekt untersucht. Hauptziele waren die Messung der Spinpolarisation und Untersuchungen der elektronischen Struktur von CCFA. Der Einfluss verschiedener Depositionsparameter auf die Eigenschaften der Schichten, speziell auf der Oberflächenordnung und damit letztlich auf den Tunnel-Magnetowiderstand (TMR), wurde bestimmt. Epitaktische d¨unne CCFA Schichten mit zwei verschiedenen Wachstumsrichtungen wurden auf verschiedene Substrate und Pufferschichten deponiert. Ein Temperverfahren wurde eingesetzt um die strukturelle Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Für die MTJs wurde Al2O3 als Barrierenmaterial verwendet und Co als Gegenelektrode gewählt. Die Mehrschicht-Systeme wurden in Mesa-Geometrie mit lithographischen Methoden strukturiert. Eine maximal Jullière Spinpolarisation von 54% wurde an Tunnelkontakte mit epitaktischen CCFA Schichten gemessen. Ein starker Einfluss der Tempernbedingungen auf dem TMR wurde festgestellt. Eine Erhörung des TMR wurde mit einer Verbesserung der Oberflächenordung der CCFA Schichten korreliert. Spektroskopische Messungen wurden an den MTJs durchgeführt. Diesen Messungen liefern Hinweise auf inelastische Elektron-Magnon und Elektron-Phonon Stossprozesse an den Grenzflächen. Einige der beobachteten Strukturen konnten mit der berechneten elektronischen Struktur von CCFA korreliert worden.
Materials with large spin polarization are required for applications in spintronics devices. For this reason, major research efforts are directed to study the properties of compounds which are expected to be half metals, i.e. materials with 100% spin polarization. Half metals are expected to have a gap in the density of states at the Fermi energy for one spin band while the other spin band is metallic leading to a completely spin polarized current. The ferromagnetic full Heusler alloy Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) has attracted great interest in the field of spintronics. The high Tc (800 K) and the expected half metallicity make CCFA a good candidate for applications in spintronic devices such as magnetic tunneling junctions (MTJs). This thesis presents the results of the study of the electronic and structural properties of CCFA thin films. The films were implemented in magnetic tunneling junctions and the tunneling magnetoresistance effect (TMR) was investigated. The main objectives were the measurement of the spin polarisation of the CCFA alloy and to obtain information about its electronic structure. The influence of the deposition conditions on the thin film properties and on the surface crystalline order and their respective influence on the TMR ratio was investigated. Epitaxial CCFA thin films with two alternative growth orientations were deposited on different substrates and buffer layers. An annealing step was used to improve the crystalline properties of the thin films. In the tunneling junctions, Al2O3 was used as a barrier material and Co was chosen as counter electrode. The multilayer systems were patterned in Mesa structures using lithographic techniques. In the framework of the Jullière model, a maximum spin polarisation of 54% at 4K was measured in tunneling junctions with epitaxial CCFA electrodes. A strong influence of the annealing temperature on the TMR ratio was determined. The increase of the TMR ratio could be correlated to an improvement of the surface crystalline order of the CCFA films due to the annealing process. Spectroscopic measurements were performed on the MTJs. These measurement provided evidence of the presence of electron-magnon and electron-phonon inelastic scattering processes an the interfaces. Additionally, certain observed features could be tentatively correlated to the electronic structure of CCFA.
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-2553
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
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