@phdthesis{Schmitt2019,
  author    = {Schmitt, Martin},
  title     = {Strukturanalyse und magnetische Eigenschaften von Ketten aus 3d-{\"U}bergangsmetalloxiden auf Ir(001) und Pt(001)},
  doi       = {10.25972/OPUS-19182},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191823},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit werden die strukturellen und magnetischen Eigenschaften verschiedener 3d-{\"U}bergangsmetalloxidketten (TMO-Ketten) auf Ir(001) und Pt(001) untersucht. Diese weisen eine (3 × 1) Struktur mit periodisch angeordneten Ketten auf, die nur {\"u}ber die Sauerstoffbindung an das Substrat gekoppelt sind. W{\"a}hrend die Struktur durch experimentelle und theoretische Untersuchungen best{\"a}tigt ist, liegen f{\"u}r die magnetischen Eigenschaften ausschließlich Rechnungen vor. Zur {\"U}berpr{\"u}fung dieser theoretischen Vorhersagen wird die Methode der spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie (SP-STM) verwendet, die die Abbildung der magnetischen Ordnung mit atomarer Aufl{\"o}sung erlaubt. Die Untersuchungen beginnen mit der Vorstellung der Ir(001) Oberfl{\"a}che, die eine (5 × 1) Rekonstruktion aufweist. Eine Aufhebung dieser Rekonstruktion erreicht man durch das Heizen des Ir-Substrats in Sauerstoffatmosph{\"a}re unter Bildung einer (2 × 1) Sauerstoffrekonstruktion. Die Qualit{\"a}t der Oberfl{\"a}che h{\"a}ngt dabei von der Wachstumstemperatur T und dem verwendeten Sauerstoffdruck pOx ab. Die bei T = 550°C und pOx = 1 × 10^-8 mbar hergestellte Sauerstoffrektonstruktion dient als Ausgangspunkt f{\"u}r die folgenden Pr{\"a}parationen von CoO2, FeO2 und MnO2-Ketten. Dazu wird jeweils eine drittel Monolage (ML) des {\"U}bergangsmetalls auf die Oberfl{\"a}che des Substrates gedampft und die Probe unter Sauerstoffatmosph{\"a}re ein weiteres Mal geheizt. Auf diese Weise kann die (3 × 1) Struktur der bekannten Ketten best{\"a}tigt und die Gruppe der TMO-Ketten um die CrO2-Ketten erweitert werden. In der einschl{\"a}gigen Fachliteratur wurden Vorhersagen bez{\"u}glich der magnetischen Struktur der TMO-Ketten publiziert, wonach entlang und zwischen CoO2-Ketten eine ferromagnetische (FM) und f{\"u}r FeO2 und MnO2-Ketten eine antiferromagnetische (AFM-) Kopplung vorliegt.W{\"a}hrend die {\"U}berpr{\"u}fung dieser Vorhersagen mit SP-STM f{\"u}r CoO2 und CrO2-Ketten keine Hinweise auf magnetische Strukturen liefert, liegen bei FeO2 und MnO2-Ketten unterschiedliche magnetische Phasen vor. In der Tat kann mit den experimentell gefundenen Einheitszellen die AFM-Kopplung entlang beider Ketten best{\"a}tigt werden. Im Gegensatz widersprechen die Kopplungen zwischen den Ketten den Berechnungen. Bei FeO2-Ketten liegt eine stabile FM Ordnung vor, die zu einer magnetischen (3 × 2) Einheitszelle mit einer leichten Magnetisierung in Richtung der Oberfl{\"a}chennormalen f{\"u}hrt (out-of-plane). Die MnO2-Ketten weichen ebenfalls von der berechneten magnetischen kollinearen Ordnung zwischen benachbarten Ketten ab und zeigen eine chirale Struktur. Durch die Rotation der Mn-Spins um 120° in der Probenebenen (in-plane) entsteht eine magnetische (9 × 2) Einheitszelle, deren Periode durch neue DFT-Rechnungen best{\"a}tigt wird. Nach diesen Berechnungen handelt es sich um eine Spinspirale, die durch die Dzyaloshinskii-Moriya (DM-) Wechselwirkung bei einem Energiegewinn von 0,3 meV pro Mn-Atom gegen{\"u}ber den kollinearen FM Zustand stabilisiert wird. Diese wird {\"a}hnlich wie bei bereits publizierten Clustern und Adatomen auf Pt(111) durch die Rudermann-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY-) Wechselwirkung vermittelt und erkl{\"a}rt den experimentell gefundenen einheitlichen Drehsinn der Spiralen. Die RKKY-Wechselwirkung zeigt eine starke Abh{\"a}ngigkeit von der Fermi-Oberfl{\"a}che des Substrats. Im folgenden Kapitel werden deshalb mit TMO-Ketten auf Pt(001) die strukturellen und magnetischen Eigenschaften auf einem weiteren Substrat analysiert, wobei zum Zeitpunkt der Arbeit nur die Existenz der CoO2-Ketten aus der Literatur bekannt war. Vergleichbar mit Ir(001) besitzt auch Pt(001) eine rekonstruierte Oberfl{\"a}che, die sich aber stabil gegen{\"u}ber Oxidation zeigt. Dadurch muss die drittel ML des {\"U}bergangsmetalls direkt auf die Rekonstruktion aufgedampft werden. Das Wachstum des {\"U}bergangsmetalls ist dabei von der Temperatur des Substrats abh{\"a}ngig und beeinflusst das Ergebnis der nachfolgenden Oxidation. Diese erfolgt analog zum Wachstum der Ketten auf Ir(001) durch das Heizen der Probe in Sauerstoffatmosph{\"a}re und resultiert nur f{\"u}r das Aufdampfen des {\"U}bergangsmetalls auf kalte Pt(001) Oberfl{\"a}chen in Ketten mit der Periode von 3aPt. Auf diese Weise kann nicht nur die (3 × 1) Struktur der CoO2-Ketten best{\"a}tigt werden, sondern auch durch atomare Aufl{\"o}sung die Gruppe der TMO-Ketten um MnO2-Ketten auf Pt(001) erweitert werden. Im Gegensatz dazu sind die nicht magnetischen Messungen im Fall von Fe nicht eindeutig. Zwar liegen auch hier Ketten im Abstand des dreifachen Pt Gittervektors vor, trotzdem ist die (3 × 1) Struktur nicht nachweisbar. Dies liegt an einer Korrugation mit einer Periode von 2aPt entlang der Ketten, was ein Hinweis auf eine Peierls Instabilit{\"a}t sein kann. Entsprechend dem Vorgehen f{\"u}r Ir(001) werden f{\"u}r die TMO-Ketten auf Pt(001) SP-STM Messungen durchgef{\"u}hrt und die Vorhersage einer AFM-Kopplung f{\"u}r CoO2-Ketten {\"u}berpr{\"u}ft. Auch hier k{\"o}nnen, wie im Fall von CoO2-Ketten und im Widerspruch zur Vorhersage, f{\"u}r beide Polarisationsrichtungen der Spitze keine magnetischen Strukturen gefunden werden. Dar{\"u}ber hinaus verhalten sich die MnO2-Ketten auf Pt(001) mit ihrer chiralen magnetischen Struktur {\"a}hnlich zu denen auf Ir(001). Dies best{\"a}tigt die Annahme einer indirekten DM-Wechselwirkung, wobei durch die 72° Rotation der Mn-Spins eine l{\"a}ngere Periode der zykloidalen Spinspirale festgestellt wird. Die Erkl{\"a}rung daf{\"u}r liegt in der Abh{\"a}ngigkeit der RKKY-Wechselwirkung vom Fermi-Wellenvektor des Substrats, w{\"a}hrend sich die DM-Wechselwirkung beim {\"U}bergang von Ir zu Pt nur wenig {\"a}ndert.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {de}
}