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Title
Wachstum ultradünner Fe-Schichten auf Cu-Einkristallen bei Laser Ablation / Hannes Schiechl
AuthorSchiechl, Hannes
CensorSchmid, Michael ; Winkler, Adolf
Published2006
Description123 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Diss., 2006
Annotation
Zsfassung in engl. Sprache
LanguageGerman
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Fe-Schichten / Laser Ablation / Fe / Cu(100) / Cu(111)
Keywords (EN)Fe-films / pulsed laser deposition
Keywords (GND)Kupfer / Kristallfläche / Eisen / Dünne Schicht / Schichtwachstum / Laserablation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-14409 Persistent Identifier (URN)
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Wachstum ultradünner Fe-Schichten auf Cu-Einkristallen bei Laser Ablation [6.06 mb]
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Abstract (German)

Ultradünne Fe-Schichten auf Cu-Einkristallen haben schon seit längerem das Interesse der Wissenschaft auf sich gezogen. Insbesondere ihre strukturelle Vielfalt und ihr komplexes magnetisches Verhalten eignen sich hervorragend für die Untersuchung des noch nicht vollständig verstandenen Zusammenhanges zwischen Struktur und Magnetismus in dünnen Schichten. Außerdem können diese Schichten aufgrund ihrer unterschiedlichen Wachstumsmoden als Modellsystem für das heteroepitaktische Wachstum dünner Metallschichten auf Metallsubstraten herangezogen werden.

Durch die Verwendung von Ablation mittels Laserpulsen (pulsed laser deposition, PLD) als Beschichtungsmethode (im Gegensatz zu der in der Forschung weit verbreiteten thermischen Deposition) können nicht nur wichtige Beschichtungsparameter, wie die momentane Depositionsrate und die Energie der deponierten Teilchen geändert werden, sondern auch Erkenntnisse über diese in Industrie und Forschung immer bedeutendere Methode erhalten werden. In dieser Arbeit wurden das Wachstum und die atomare Struktur von dünnen Fe-Schichten auf Cu(111) und Cu(100), die mittels PLD erzeugt wurden, untersucht und mit Ergebnissen von thermisch deponierten Schichten verglichen. Die verwendeten Methoden zur Oberflächenanalyse waren Rastertunnelmikroskopie (STM), Streuung niederenergetischer Ionen (LEIS) und Auger-Elektronen Spektroskopie (AES). Es konnte gezeigt werden, dass die bei Beschichtung mittels PLD beobachtete Änderung des Wachstumsmodus in Richtung Lagenwachstum nicht durch die im Vergleich zur thermischen Deposition um Größenordnungen höhere momentane Depositionsrate bedingt ist. Das Lagenwachstum im System Fe/Cu wird hauptsächlich durch Einlagerung von Fe-Atomen, oder Fe-Cluster in das Cu-Substrat verursacht. Diese entstehen mehrheitlich entweder durch einen Austauschprozess von Adatomen mit Substratatomen [Fe auf Cu(100)], oder durch Implantation von energiereichen Teilchen aus dem Laserplasma ins Substrat [Fe auf Cu(111)]. Durch atomar aufgelöste STM-Bilder konnte weiters gezeigt werden, dass die Struktur der Schichten viele Übereinstimmungen mit der thermisch deponierter Filme aufweist, insbesondere bcc-artige Verzerrungen, die sowohl in Filmen auf Cu(100) als auch auf Cu(111) auftreten. Diese bcc-artigen Strukturen spielen eine wichtige Rolle bei der Erklärung der magnetischen Eigenschaften ultradünner Fe-Schichten.

Abstract (English)

Ultrathin Fe-films on Cu single crystals have been in the focus of research for years. Especially their structural variety and their complex magnetic behavior are perfect prerequisites for the investigation of the correlation between structure and magnetism in thin films. Moreover these films, which show a wealth of different growth modes, can act as a model system for heteroepitaxial growth on metal substrates.

Using pulsed laser deposition (PLD) for growing thin films allows us not only to change important deposition parameters like deposition rate or particle energy, but also to achieve scientific results concerning this method, which has an increasing importance in industry and research.

In this work we investigate the growth and the atomic structure of thin Fe films grown by PLD on Cu(111) and Cu(100) and compare the results with thermally deposited films. The analytical methods used are scanning tunneling microscopy (STM), low-energy ion scattering (LEIS) and Auger-electron spectroscopy (AES). It could be shown that the growth mode change towards layer-by-layer growth observed in PLD-films is not triggered by the orders of magnitude higher instantaneous deposition rate of PLD. The reason for the improved layer-by-layer growth in the Fe/Cu system is the embedding of Fe-atoms or Fe-clusters into the Cu-substrate. This is primarily caused by an exchange process of adatoms and substrate atoms [Fe on Cu(100)], or by the implantation of highly energetic particles stemming from the laser plasma [Fe on Cu(111)].

Atomically resolved STM images show that the structure of the PLD-grown films has many common features compared to films grown by thermal deposition, especially bcc-like distortions that occur on both types of substrates. These bcc-like structures play an important role in the explanation of the magnetism of ultrathin Fe-films.