Eingefrorene Unordnung und Magnetismus in TiFe_1tn2-Laves-Phase-Dünnschichten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die binäre intermetallische Verbindung TixFe1-x im C14 Laves-Phase Stabilitätsbereich anhand von dünnen Schichten untersucht. TiFe2 weist zwei energetisch nahezu entartete magnetische Grundzustände auf. Dies führt zu einer starken Korrelation von strukturellen und magnetischen Eigenschaften, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden. Es wurden daher epitaktische Schichten mit variabler Zusammensetzung im C14 Stabilitätsbereich auf Al2O3 (001)-orientierten Substraten mittels Molekularstrahlepitaxie präpariert und strukturell charakterisiert. Die temperatur- und magnetfeldabhängigen magnetischen Eigenschaften dieser Proben wurden mittels DC-SQUID Magnetisierungsmessungen bestimmt. Es zeigte sich eine magnetische Phasenseparation von Antiferromagnetismus und Ferromagnetismus in Abhängigkeit von der Zusammensetzung. Aus den charakteristischen Ordnungstemperaturen konnte ein magnetisches Phasendiagramm für dünne Schichten und niedrige Aligning-Felder erstellt werden. Ein Phasendiagramm für Volumenproben bei hohem Magnetfeld unterscheidet sich von diesem im Wesentlichen durch den Einfluß von Fe-Segregation in den Volumenproben, welche bei der epitaktischen Präparation nicht auftritt. Anhand von Monte-Carlo Verfahren, denen ein quenched random disorder Modell zugrunde lag, wurde das Verhalten der Dünnschichtproben simuliert und daraus ein magnetisches Phasendiagramm abgeleitet. Das simulierte und experimentelle Phasendiagramm stimmt in den wesentlichen Punkten überein. Die Unterschiede sind durch die speziellen Wachstumseigenschaften von TiFe2 erklärbar. Als Ergebnis kann die magnetische Phasenseparation in diesem System als Auswirkung einer Symmetriebrechung durch Substitution in der Einheitszelle beschrieben werden.

In the present work thin films of the binary intermetallic compound TixFe1-x in the C14 Laves-Phase stability range were investigated. TiFe2 exhibits two energetically nearly degenerate magnetic states. As a consequence, structural and magnetic properties are strongly correlated and will be examined in the present work. Thin epitaxial films with varying composition in the C14 stability range were prepared on Al2O3 (001)-oriented substrates employing molecular-beam epitaxy and structurally characterized. The temperature- and field-dependent magnetic properties of these samples were determined by dc-SQUID magnetization measurements. The measurements show a magnetic phase separation of antiferromagnetism and ferromagnetism as a function of the composition. From the characteristic ordering temperatures a magnetic phase diagram for thin films and low aligning-field could be established. A phase diagram of bulk samples at large magnetic field differs from this diagram mainly due to the influence of Fe-segregation in the bulk samples, which did not occur in the epitaxial films. By Monte-Carlo simulations employing a quenched random disorder model the behavior of the thin films was studied and a magnetic phase diagram could be established. The major aspects of the simulated and experimental phase diagram are comparable. The differences are given by the growth properties of TiFe2. As a result, the magnetic phase separation of this system is a consequence of the symmetry breaking by substitution within the unit cell.