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Nanostrukturen und Grenzflächen Poster: Do., 13:00–15:30 D-P297
Der Einfluß von unoxidiertem Mg auf die Spinpolarisation der elektronischen
Bandstruktur an der Fe(001)/MgO Grenzfläche
Frank Matthes 1 , Martina Müller 1 , Claus M. Schneider 1
1 Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, 52405 Jülich
Wir berichten über neue Ergebnisse zur Spinpolarisation an der Grenzfläche des Systems
Fe(001)/MgO, die mittels spinaufgelöster Valenzband-Photoemissionsspektroskopie
an dem Undulatorstrahlrohr des Forschungszentrums Jülich in Dortmund (DEL-
TA) erzielt worden sind. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen eine deutliche
Änderung der Spinpolarisation der elektronischen Bandstruktur, wenn die Zusammensetzung
der MgO-Schicht von der idealen Stöchiometrie abweicht und sind von Bedeutung
für das grundlegende Verständnis von Systemen, die einen spinabhängigen Widerstand
in Schichtstrukturen mit einer Tunnelbarriere zeigen, den so genannten Tunnelmagnetowiderstandseffekt
(TMR-Effekt). Das TMR-System Fe/MgO/Fe zeichnet sich
vor allem durch seine Epitaxie aus, die theoretischen Modellen [1,2] zur Folge TMR-
Änderungen bis zu mehreren 100 % erlaubt. Die ersten Messungen an entsprechenden
Schichtstrukturen mit hohen TMR Werten (180 % bzw. 220 % bei Raumtemperatur) erfolgten
2004 in den Gruppen von Yuasa und Parkin[3,4]. Im Vordergrund der Diskussion
stand dabei der Einfluß der Struktur und der Elektrodenmaterialien (Fe, FeCo). Aber
auch die chemische Beschaffenheit der Grenzfläche ist von großer Bedeutung. So ließen
schon 2001 mit Röntgenstrahlung durchgeführte oberflächenempfindliche Beugungsexperimente
an der MgO/Fe Grenzfläche die mögliche Bildung einer FeO Zwischenschicht
vermuten [5], die theoretischen Berechnungen zufolge zu einer Reduzierung des TMR-
Effektes führt [1]. In unseren Messungen konnten wir nun eine starke Erhöhung in der
Spinpolarisation der elektronischen Bandstruktur an ” unteroxidierten“ MgO-Schichte
nachweisen. Für die spinaufgelösten Photoemissionsexperimente in DELTA wurden unter
Ultrahochvakuumbedingungen 10 Monolagen dicke Eisenschichten epitaktisch auf
einkristalline GaAs(100)-Substrate aufgedampft. Die Struktur der Eisenschicht wurde
mit niederenergetischer Elektronenbeugung überprüft. Es folgte das Aufdampfen einer
Monolage Magnesium, wobei durch Wahl eines geeigneten Sauerstoffpartialdruckes in
der Anlage die Oxidation der Mg-Schicht eingestellt wurde. Das Verhältnis von oxidiertem
zu unoxidiertem Magnesium wurde durch Photoemissionsspektroskopie am Mg 2p
Niveau bestimmt. Die daran durchgeführten spinaufgelösten Photoemissionsmessungen
(nähere Beschreibung [7]) zeigen einen klaren Zusammenhang zwischen dem Anteil von
unoxidiertem Magnesium und der gemessenen Spinpolarisation in der elektronischen
Bandstruktur. So erhöhte sich der Wert einer reinen Eisenschicht von 35 % auf 65 %
bei einer Bedeckung mit einer Magnesiumschicht, die nur zu 60 % oxidiert war. Eine
vollständige Oxidation der Magnesiumschicht reduzierte die Spinpolarization auf
35 %. [1]W.H. Butler et al.,PRB 63(2001) 054416. [2]J. Mathon et al.,PRB 63(2001)
220403. [3]S. Yuasa et al.,Nature Mat. 3(2004) 868. [4]S.S.P. Parkin et al.,Nature Mat.
3(2004) 862. [5] H.L. Meyerheim et al.,PRL 87(2001) 6102. [6] X.-G. Zhang et al.,PRB
68 (2003)92402. [7]F. Matthes et al.,JAP 95(2004) 7240