TY  - THES
A1  - Gabel, Judith
T1  - Interface Engineering of Functional Oxides: A Photoemission Study
T1  - Kontrollierte Manipulation der Grenzflächen in funktionellen oxidischen Heterostrukturen: Eine Photoemissionsstudie
N2  - Due to their complex chemical structure transition metal oxides display many fascinating properties which conventional semiconductors lack. 
For this reason transition metal oxides   hold  a  lot of promise for novel electronic functionalities.  
Just as in conventional semiconductor heterostructures, the interfaces between different materials play a key role in oxide electronics.
The textbook example is the (001) interface between the band insulators LaAlO\(_3\) and SrTiO\(_3\)  at which a two-dimensional electron system (2DES) forms. 
In order to utilize such a 2DES in prospective electronic devices, it is vital that  the electronic properties of the interface can be controlled and manipulated at will. 
Employing photoelectron spectroscopy as well as electronic transport measurements, this thesis examines how such interface engineering can be realized in the case of the LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) heterostructure:

By photoemission we manage to unambiguously distinguish the different mechanisms by which SrTiO\(_3\) can be doped with electrons. 
An electronic reconstruction is identified as the driving mechanism to render stoichiometric LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) interfaces metallic. 
The doping of the LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) heterointerface can furthermore be finely adjusted by changing the oxygen vacancy \(V_{\mathrm{O}}\) concentration in the heterostructure. 
Combining intense x-ray irradiation with oxygen dosing, we  even achieve control over the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration and, consequently, the doping in the photoemission experiment itself.  

Exploiting this method, we   investigate how the band diagram of SrTiO\(_3\)-based heterostructures changes as a function of the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration and temperature by hard x-ray photoemission spectroscopy. 
With the band bending in the SrTiO\(_3\) substrate changing as a function of the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration, the  interfacial band alignment is found to vary as well. 
The relative permittivity of the SrTiO\(_3\) substrate and, in particular, its dependence on temperature and electric field is identified as one of the essential parameters determining the electronic interface properties.
That is also why the sample temperature  affects the charge carrier distribution. 
The mobile charge carriers  are shown to  shift toward the SrTiO\(_3\) bulk when the sample temperature is lowered. 
This effect is, however,  only pronounced if the total charge carrier concentration is small. 
At high charge carrier concentrations the charge carriers are always confined to the interface, independent of the sample temperature.  

The dependence of the electronic interface properties on the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration is also investigated by a complementary method, viz. by electronic transport measurements. 
These experiments confirm that the mobile charge carrier concentration increases concomitantly to the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration. 
The mobility of the charge carriers changes as well depending on the \(V_{\mathrm{O}}\) concentration. 
Comparing  spectroscopy and transport results, we are able to draw conclusions about the processes limiting the mobility in electronic transport. 
We furthermore build a memristor device from our LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) heterostructures and demonstrate how interface engineering is used in practice in such novel electronic applications.  

This thesis furthermore investigates how the electronic structure of the 2DES is affected by the interface topology: 
We show that, akin to the (001) LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) heterointerface, an electronic reconstruction also renders the (111) interface between LaAlO\(_3\) and SrTiO\(_3\) metallic. 
The change in   interface topology becomes evident in the Fermi surface of the buried 2DES which is probed by soft x-ray photoemission.
Based on the asymmetry in the Fermi surface, we  estimate the extension of the conductive layer in the (111)-oriented LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\) heterostructure. 
The spectral function measured furthermore identifies the charge carriers at the interface as large polarons.
N2  - Aufgrund ihrer komplexen chemischen Struktur weisen Übergangsmetalloxide viele faszinierende Eigenschaften auf, die  konventionelle Halbleitermaterialien entbehren und die Potenzial für neuartige elektronische Funktionalitäten bergen. 
Genauso wie in konventionellen Halbleiterstrukturen kommt dabei den Grenzflächen zwischen den Materialien   besondere  Bedeutung zu.
In der Oxid-Elektronik ist ein Paradebeispiel hierfür die (001)-Grenzfläche zwischen den Bandisolatoren LaAlO\(_3\) und SrTiO\(_3\), an der sich ein zweidimensionales Elektronensystem (2DES) ausbildet. 
Um solche Elektronensysteme zukünftig in elektronischen Anwendungen zu nutzen,  ist es jedoch unabdingbar, dass die elektronischen Eigenschaften der Grenzfläche gezielt kontrolliert und manipuliert werden können. 
Mittels Photoelektronenspektroskopie sowie Transportmessungen untersucht diese Arbeit am Beispiel der  LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\)-Grenzfläche, wie eine derartige Kontrolle realisiert werden kann. 

Mithilfe von Photoemissionsexperimenten gelingt es, verschiedene Mechanismen zu unterscheiden, mit denen SrTiO\(_3\) dotiert werden kann.  
In stöchiometrischen LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\)-Heterostrukturen kann so die elektronische Rekonstruktion als treibender Mechanismus identifiziert werden, der zur Ausbildung der leitfähigen Grenzschicht führt. 
Die Dotierung der LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\)-Heterostruktur kann weiterhin auch  durch die kontrollierte Erzeugung von Sauerstofffehlstellen \(V_{\mathrm{O}}\)  gezielt gesteuert werden.
Die  \(V_{\mathrm{O}}\)-Konzentration kann sogar während der Photoemissionsexperimente zielgerichtet variiert werden, wenn die  Bestrahlung mit intensivem Röntgenlicht mit einer  Sauerstoffbehandlung kombiniert wird.  

Diese Methode nutzen wir in Folge aus, um in Photoemissionsmessungen mit harter Röntgenstrahlung systematisch zu untersuchen, wie  sich das Banddiagramm  von SrTiO\(_3\)-basierten Heterostrukturen als Funktion der  \(V_{\mathrm{O}}\)-Konzentration und Temperatur ändert. 
Wir zeigen, dass sich parallel zur Bandverbiegung im SrTiO\(_3\)-Substrat  auch die Bandanordnung an der Grenzfläche als Funktion der  \(V_{\mathrm{O}}\)-Konzentration ändert. 
Dabei stellt sich  heraus, dass die dielektrische Funktion des SrTiO\(_3\)-Substrats - insbesondere durch ihre starke Abhängigkeit vom elektrischen Feld und Temperatur - maßgeblich die elektronischen Eigenschaften der Grenzfläche bestimmt.
Aus diesem Grund hat   die Temperatur der Probe Einfluss auf die Ladungsträgerverteilung.
Die mobilen  Ladungsträger verschieben sich weg von der Grenzfläche tiefer in das Substrat, je niedriger die Temperatur gewählt wird.
Dieser Effekt ist jedoch nur bei niedriger Dotierung zu beobachten.  
Bei hoher Dotierung ist  das zweidimensionale Elektronensystem unabhängig von der Temperatur nahe  der Grenzfläche lokalisiert. 

Die Abhängigkeit der elektronischen Eigenschaften von der \(V_{\mathrm{O}}\)-Konzentration wird auch   komplementär  im  elektronischen Transport untersucht. 
Auch hier steigt die Ladungsträgerdichte simultan zur \(V_{\mathrm{O}}\)-Konzentration. Zugleich ändert sich auch die Mobilität der Ladungsträger.
Der direkte Vergleich von Spektroskopie- und Transportmessungen erlaubt Rückschlüsse auf die Prozesse, die die Ladungsträgermobilität begrenzen. 
Am Beispiel eines LaAlO\(_3\)/SrTiO\(_3\)-basierten Memristors wird darüber hinaus praktisch demonstriert, wie die Kontrolle über die Grenzfläche  in neuartigen elektronischen Anwendungen tatsächlich eingesetzt werden kann. 

Ferner untersucht diese Arbeit, wie die Topologie   der Grenzfläche die elektronische Struktur des 2DES beeinflusst: 
Wir weisen nach, dass analog zur (001)-Grenzfläche   auch die  (111)-Grenzfläche zwischen LaAlO\(_3\) und SrTiO\(_3\) durch eine elektronische Rekonstruktion dotiert wird. 
Die  Änderung in der Grenzflächentopologie zeigt sich deutlich in der Fermifläche des vergrabenen 2DES, die mittels resonanter Photoemission  untersucht wird. 
Anhand der Asymmetrie der Fermifläche wird  überdies die Ausdehnung des Elektronensystems abgeschätzt, wohingegen die Spektralfunktion   Hinweise auf die Elektron-Phonon-Kopplung an der Grenzfläche liefert.
KW  - Übergangsmetalloxide
KW  - Grenzfläche
KW  - Strontiumtitanat
KW  - Heterostruktur
KW  - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
KW  - oxide heterostructure
KW  - interface conductivity
KW  - oxygen vacancies
KW  - LaAlO3/SrTiO3
KW  - hard x-ray photoemission
KW  - soft x-ray photoemission
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192275
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herrmann, Oliver
T1  - Graphene-based single-electron and hybrid devices, their lithography, and their transport properties
T1  - Lithographie und Transporteigenschaften auf Graphen basierender Einzelelektronentransistoren und Hybridbauteilen
N2  - This work explores three different aspects of graphene, a single-layer of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice, with regards to its usage in future electronic devices; for instance in the context of quantum information processing. For a long time graphene was believed to be thermodynamically unstable. The discovery of this strictly two-dimensional material completed the family of carbon based structures, which had already been subject of intensive research with focus on zero-dimensional fullerenes and one-dimensional carbon nanotubes. Within only a few years of its discovery, the field of graphene related research has grown into one of today’s most diverse and prolific areas in condensed matter physics, highlighted by the award of the 2010 Nobel Prize in Physics to A.K. Geim and K. Noveselov for “their groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”. 

From the point of view of an experimental physicist interested in the electronic properties of a material system, the most intriguing characteristic of graphene is found in the Dirac-like nature of its charge carriers, a peculiar fact that distinguishes graphene from all other known standard semiconductors. The dynamics of charge carriers close to zero energy are described by a linear energy dispersion relation, as opposed to a parabolic one, which can be understood as a result of the underlying lattice symmetry causing them to behave like massless relativistic particles. This fundamentally different behavior can be expected to lead to the observation of completely new phenomena or the occurrence of deviations in well-known effects. 

Following a brief introduction of the material system in chapter 2, we present our work studying the effect of induced superconductivity in mesoscopic graphene Josephson junctions by proximity to superconducting contacts in chapter 3. We explore the use of Nb as the superconducting material driven by the lack of high critical temperature and high critical magnetic field superconductor technology in graphene devices at that time. Characterization of sputter-deposited Nb films yield a critical transition temperature of \(T_{C}\sim 8{\rm \,mK}\). A prerequisite for successful device operation is a high interface quality between graphene and the superconductor. In this context we identify the use of an Ti as interfacial layer and incorporate its use by default in our lithography process. Overall we are able to increase the interface transparency to values as high as \(85\%\).  With the prospect of interesting effects in the ballistic regime we try to enhance the electronic quality of our Josephson junction devices by substrate engineering, yet with limited success. We achieve moderate charge carrier mobilities of up to \(7000{\rm \,cm^2/Vs}\) on a graphene/Boron-nitride heterostructure (fabrication details are covered in chapter 5) putting the junction in the diffusive regime (\(L_{device}<L_{\rm{mfp}}\)). We speculate that either inhomogeneities in the graphene channel or lithography residues are responsible for this observation. 

Furthermore we study the Josephson effect and Andreev reflection related physics in this device by low-temperature transport measurements. The junction carries a bipolar supercurrent which remains finite at the charge neutrality point. The genuine Josephson character is confirmed by the modulation of the supercurrent as a function of an out-of-plane magnetic field resembling that of a Fraunhofer-like pattern. This is further supported by the response of the junction to microwave radiation in the form of Shaprio steps. Surprisingly we find a strongly reduced superconducting energy gap of approximately \(\Delta = 400{\rm \,\mu eV}\) by quantitatively analyzing data of multiple Andreev reflections. We show this result to be consistent by careful analysis of the device parameters and comparison of these to a theoretical model. More experiments will be needed to determine the origin of this reduction and if the presence of the Ti interfacial layer plays an important role in that.

With regards to possible usability of superconducting contacts in more complex hybrid structures we can conclude that our work establishes the necessary preconditions while still leaving room for improvements; especially in terms of device quality.

In the second part of this work we are primarily interested in electrical transport properties of graphene nanodevices and their application in graphene-superconductor hybrid structures. The fact that graphene is mechanically stable down to a few tens of nanometers in width while exhibiting a finite conductance makes it an appealing choice as host for single-electron devices, also known as quantum dots. Our work on this topic is covered in chapter 4 where we first develop a high-resolution lithography process for the fabrication of single electron devices with critical feature sizes of roughly \(50{\rm \,nm}\). To this end we use a resist etch mask in combination with a reactive-ion etch process for device patterning. Carrier confinement in graphene is known to be hindered by the Klein tunneling phenomenon, a challenge that can be overcome by using all-graphene nano-constrictions to decouple the source and drain contacts from the central island.

The traditionally used constriction design is comprised of long and narrow connections. We argue that a design with very short and narrow constrictions could be beneficial for the quantum dot performance as the length merely affects the overall conductance and requires extended side-gates to control their transmission. We confirm the functionality of two different devices in low-temperature measurements, which differ in the size of their central island with \(d=250{\rm \,nm}\) for device no. 1 and \(d=400{\rm \,nm}\) for device no. 2. Coulomb blockade measurements conducted at \(20{\rm \,mK}\) on both devices reveal clear sequences of Coulomb peaks with amplitudes of up to \(0.8\rm{\,e}^2/\rm{h}\), a value significantly larger than what is commonly reported for similar devices. We interpret this as an indication of rather homogeneous constrictions, resulting from the modified design. Coulomb diamond measurements display the behavior expected for a lithographically designed single quantum dot revealing no features related to the presence of an additional dot. Using the stability diagram we determine the addition energies of the two dots and find them to be in good agreement with values reported in the literature for devices of similar size. Using the normalized Coulomb peak spacing as a figure of merit for the device quality we find that device no. 1 quantitatively compares well with a similar device fabricated on a superior hexagonal boron-nitride substrate. This result underlines the importance of non-substrate related extrinsic disorder sources and emphasizes the cleanliness of our lithography process.

Superconductor-graphene quantum dot hybrid structures employing Nb and Al electrodes were successfully fabricated from a lithography point of view, yet no evidence of any superconducting related effect was found in transport measurements. We assign the missing observation to interface issues that require careful analysis and likely a revision of the fabrication process.  

A property equally important in graphene Josephson Junctions and quantum dots is the electronic quality of the device, as has been addressed in the previous paragraphs. It turns out that the \(\rm{SiO}_{2}\;\) substrate and lithography residues constitute the two major sources of disorder in graphene. In chapter 5 we present an approach based on the original work of Dean et al. who utilize hexagonal-Boron nitride as a replacement substrate for \(\rm{SiO}_{2}\). This idea was then extended by Wang et al. who also used this material as a shield to protect the graphene surface from contaminations during the lithography process. These structures are commonly referred to as van der Waals heterostructures and are assembled by stacking individual crystals on top of each other. 

For this purpose we build a mechanical transfer system based on an optical microscope equipped with an additional micro-manipulator stage allowing precise alignment of two micrometer sized crystals with high precision. We demonstrate the functionality of this setup on the basis of successfully fabricated heterostructures. Furthermore a variation on the traditional method for single graphene/boron nitride structures is presented. Based on a reversed stacking order this method yields large areas of homogeneous graphene, however it comes with the drawback of limited yields. A common type of problem accompanying the fabrication of encapsulated graphene structures is the formation of contamination spots (also referred to as bubbles in the literature) at the interfaces between BN and graphene. We experience similar issues which we are unable to prevent and thus pose a limit to the maximum available device size. In the next step we develop a full lithography paradigm including high-resolution device patterning by electron beam lithography combined with reactive ion etching and two different ways to establish electrical contact to the encapsulated graphene flake. In this context we explore the use of three different types of etch masks and find a double layer of PMMA/HSQ best suited for our purposes. Our low power plasma etch process utilizes a combination of \(\rm{O}_{2}\;\) and \(\rm{CHF}_{3}\;\) and is optimized to show reproducible etch results. 

A widely used method for electrical contacts relies on one-dimensional edge contacts whose functionality crucially depends on the use of Cr as the interface layer. For compatibility reasons with superconducting materials, e.g. Nb, we develop a self-aligned contact process that instead of only Cr is also compatible with Ti. We achieve this by modifying the plasma etch parameters such that the etch process exhibits extremely low graphene etch rates while keeping a high etch rate for h-BN. This allows clearing of a narrow stripe of graphene at the edge of the structure by using a thick PMMA layer as etch mask as replacement of the PMMA/HSQ combination. The purpose of this PMMA mask is two-fold since it also serves as lift-off mask during metalization. 

The quality of the edge contacts fabricated with either method is excellent as determined from transport measurements at room and cryogenic temperatures. With typical contact resistances of a few hundred \({\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) and a record low of \(100{\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) the contacts can be considered to be state-of-the-art. The positive effect of encapsulation on the electronic quality is confirmed on a device exhibiting charge carrier mobilities exceeding \(10^5{\rm \,cm^2/Vs}\), one magnitude larger than what is commonly achieved on \(\rm{SiO}_{2}\).
 
The investigation of induced superconductivity in graphene Josephson Junctions, quantum dots, and high mobility heterostructures underlines the versatility of this material system, while covering only a tiny fraction of its prospects. Combination of the acquired knowledge regarding the physical effects and the developed lithography processes lay the foundation towards the fabrication and study of novel graphene hybrid devices.
N2  - In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Aspekte der zweidimensionalen Kohlenstoffmodifikation Graphen im Hinblick auf dessen Verwendung in neuartigen elektronischen Bauteilen untersucht. Als mögliches Anwendungsgebiet in diesem Zusammenhang wäre zum Beispiel die Quanteninformationsverarbeitung zu nennen. Bis zum Zeitpunkt seiner Isolierung galt Graphen aus thermodynamischen Gründen als instabil. Mit der experimentellen Realisierung dieses rein zweidimensionalen Materialsystems wurde die Familie der Kohlenstoffmodifikationen, welche bereits in Form von nulldimensionalen Fullerenen und eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren Gegenstand intensiver Forschung war, vervollständigt. Innerhalb nur weniger Jahre nach seiner Entdeckung ist aus der Graphen bezogenen Forschung eines der mannigfaltigsten und produktivsten Forschungsfelder der Festkörperphysik entstanden. Diese rasante Entwicklung und Bedeutung spiegelt sich darüber hinaus besonders in der Verleihung des Nobelpreises für Physik an A.K. Geim und K. Noveselov im Jahr 2010, \glqq für ihre bahnbrechenden Experimente im Zusammenhang mit dem zweidimensionalen Material Graphen\grqq, wieder.  

Aus der Sicht eines sich für die elektronischen Eigenschaften eines Materialsystems interessierenden Experimentalphysikers, stellt hierbei im Besonderen die Analogie der Ladungsträger in Graphen zu Dirac Fermionen eine sehr interessante Eigenschaft dar. Die Tatsache, dass sich Elektronen wie ultrarelativistische Teilchen verhalten unterscheidet Graphen dabei von allen bekannten gewöhnlichen Halbleitern. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang die Dynamik der Ladungsträger bei kleinen Energien zu nennen, die nicht wie gewöhnlich von einer parabolischen, sondern von einer linearen Dispersionsrelation beschrieben wird, was auf die zugrunde liegende Gitterstruktur zurückzuführen ist. Es wird erwartet, dass diese fundamentalen Unterschiede einerseits zu vollständig neuartigen Phänomenen und andererseits zu Abweichungen bei bekannten Effekten führen werden. 

Kapitel 2 gibt zunächst eine kurze Einführung in die relevanten Grundlagen des verwendeten Materialsystems. Im Anschluss daran präsentieren wir in Kapitel 3 die Ergebnisse unserer Untersuchungen von induzierter Supraleitung in mesoskopischen Graphen Josephson-Kontakten, basierend auf dem supraleitenden Proximity-Effekt. In unserer Arbeit konzentrieren wir uns dabei ausschließlich auf die Verwendung von Kontakten auf Nb Basis. Unsere Anstrengungen in diese Richtung liegen in der zur damaligen Zeit nicht vorhandenen Technologie zur Herstellung dieser Art von Bauteilen mit supraleitenden Materialien die ein hohes kritisches Magnetfeld, sowie eine hohe kritische Sprungtemperatur ausweisen.  Das hier verwendete, mittels Sputtertechnologie aufgebrachte, Nb besitzt eine Übergangstemperatur von \(T_{C}\sim8{\rm \,K}\). Eine Grundvoraussetzung für die Funktionalität des Josephson-Kontaktes ist eine hohe Güte der Grenzfläche zwischen Supraleiter und Graphen. In diesem Zusammenhang finden wir, dass das Aufbringen einer dünnen Zwischenschicht von Ti die Grenzflächentransparenz signifikant erhöht und fügen diese daher als einen festen Bestandteil in unseren Lithographie Prozess ein. Mittels dieser Technik gelingt es uns die Transparenz der Grenzfläche auf Werte von bis zu \(85\%\) zu steigern. In einem weiteren Schritt werden Anstrengungen unternommen die elektronischen Eigenschaften der Josephson Kontakte zu verbessern, um dadurch die Untersuchung von interessanten Effekten im ballistischen Regime ermöglichen. Dieses Ziel kann im Rahmen dieser Arbeit letztlich nicht vollständig erreicht werden. Zwar ist es möglich die Ladungsträgermobilitäten durch die Verwendung von Heterostrukturen, bestehend aus Graphen und hexagonalem Bornitride, auf moderate \(7000{\rm \,cm^2/Vs}\) anzuheben, dies ist jedoch nicht ausreichend um das Bauteil in das ballistische Regime zu bringen. Es wird vermutet, dass die verminderte Probenqualität durch Inhomogenitäten entlang des Graphenkanals, oder durch während der Herstellung verursachter Verunreinigungen der Probenoberfläche, hervorgerufen wird. 

Des Weiteren untersuchen wir in Transportmessungen bei tiefen Temperaturen an dieser Probe den Josephson-Effekt, sowie die Auswirkungen von Andreev-Reflexionen auf den Ladungs-\linebreak transport. Der Josephson-Kontakt zeichnet sich durch den Fluss eines bipolaren Suprastromes aus, welcher auch am Ladungsträgerneutralitätspunkt weiterhin besteht. Ein eindeutiger Nachweis, dass es sich bei dem auftretenden Suprastrom um einen echten Josephson-Strom handelt, wird über dessen Verhalten in einem aus der Ebene gerichteten Magnetfeld geführt. Hier beobachten wir eine Modulation des maximalen Suprastromes in Form eines Fraunhofer ähnlichen Musters. Der Nachweis des Josephson Charakters wird darüber hinaus auch durch das Auftreten von Shapiro-Stufen als Antwort des Bauteiles auf Bestrahlung mit Mikrowellen erbracht. Mittels quantitativer Analyse der Struktur multipler Andreev-Reflexionen wird die Supraleitungs-Bandlücke bestimmt, welche überraschenderweise einen erheblich reduzierten Wert von \(\Delta = 400{\rm \,\mu eV}\) aufweist. Wir analysieren dieses Ergebnis anhand der verfügbaren Probenparameter und zeigen, dass es in sich und mit einem theoretischen Model konsistent ist. Zur Klärung der exakten Ursache für diese reduzierte Bandlücke sind weitere Experimente nötig. In diesen gilt es auch den Einfluss der Ti Zwischenschicht zu untersuchen. Im Hinblick auf die Verwendung der supraleitenden Kontakte in komplexeren Hybridstrukturen ist abschließend zu sagen, dass wir mit unserer Arbeit die nötigen Voraussetzungen geschaffen haben, es jedoch besonders im Hinblick auf die Probenqualität Raum für Verbesserungen gibt. 

Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt hauptsächlich die Transporteigenschaften von Graphen Nanostrukturen und deren Verwendung in Hybridstrukturen in Kombination mit supraleitenden Kontakten. 

Da Graphenstrukturen selbst in Größenordnungen von nur einigen zehn Nanometern mechanisch stabil sind und gleichzeitig eine endliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, eignen sie sich hervorragend zur Herstellung von Einzelelektronentransistoren, auch bekannt unter dem Namen Quantenpunkte. Im ersten Teil von Kapitel 4 beschreiben wir die Entwicklung eines hochauflösenden Lithograhphie Prozesses zur Strukturierung besagter Einzelelektronentransitoren mit kritischen Dimensionen im Bereich von \(50{\rm \,nm}\). Zur Übertragung der Struktur verwenden wir eine gewöhnliche Ätzmaske auf PMMA Basis in Kombination mit einem Trockenätzverfahren in Form von Plasma-unterstütztem Ätzen. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass die Lokalisation von Ladungsträgern in Graphen durch das Auftreten von \grqq Klein-Tunneln \grqq erschwert wird. Diese Herausforderung wird durch die Verwendung von Graphen basierenden Nano-Einschnürungen gelöst. Hierdurch wird es ermöglicht die Quantenpunktinsel von den Zuleitungen (Source und Drain) abzukoppeln. 

Traditionell bestehen diese Nano-Einschnürungen aus langen und schmalen Graphenstrukturen. Wir argumentieren in unserer Arbeit, dass stattdessen die Verwendung von sehr kurzen und schmalen Einschnürungen Vorteile für die Funktionalität des Quantenpunktes hat, ausgehend von der Annahme, dass sich die Länge lediglich auf die Gesamtleitfähigkeit auswirkt. Eine nach diesem Schema angefertigte Einschnürrung würde zudem keine ausgedehnte Gate-Elektrode zur Anpassung ihrer Transmission benötigen. 

Wir demonstrieren die Funktionalität zweier, sich in der Größe der zentralen Insel unterscheidenden (Probe 1: \(d=250{\rm \,nm}\) und Probe 2: \(d=400{\rm \,nm}\)) Quantenpunkte, in Tieftemperaturemessungen. Im Coulomb-Blockade Regime wird in beiden Proben eine klare Sequenz von Coulomb Oszillationen, mit Leitfähigkeitswerten von bis zu \(0.8\,\rm{e}^2/\rm{h}\), beobachtet. Dieser Wert liegt deutlich über den üblicherweise berichteten Werten für vergleichbare Strukturen. Wir werten dieses Ergebnis, was auf homogene Einschnürrungen schließen lässt, als Resultat des veränderten Designs. Die Messungen von Coulomb Diamanten zeigen das zu erwartende Ergebnis für lithographisch definierte Einzelquantenpunktstrukturen und beinhalten keinerlei Auffälligkeiten, welche auf die Existenz zusätzlicher Quantenpunktstrukturen zurückzuführen wären. Die für beide Quantenpunktstrukturen aus dem Stabilitätsdiagramm gewonnen Ladungsenergien, decken sich mit den in der Literatur verfügbaren Resultaten für Proben mit vergleichbarer Größe. Ein quantitativer Vergleich des normalisierten Abstandes der Coulomb Oszillationen zeigt, dass Probe 1 eine ähnlich hohe Qualität besitzt, wie eine auf dem besser geeigneten Substratmaterial Bornitrid hergestellte vergleichbare Probe. Dieses Ergebnis deutet auf die Wichtigkeit von nicht zu vernachlässigbaren extrinsischen Einflüssen hin, die nicht mit dem Substrat in Zusammenhang stehen, und hebt darüber hinaus die Sauberkeit des von uns verwendeten Lithographie Prozesses hervor.  

In letzten Schritt werden Hybridstrukturen aus Supraleitern und Graphen basierenden Quantenpunkten, basierend auf der geleisteten Vorarbeit, hergestellt. Aus lithographischer Sicht sind diese Proben erfolgreich, jedoch liefern Transportmessungen keinerlei Hinweise, welche sich auf einen Einfluss der supraleitenden Eigenschaften der Kontakte auf die Transporteigenschaften zurückführen lassen. Es wird vermutet, dass es sich hierbei um ein Problem an der Grenzschicht zwischen Supraleiter und Graphen handelt, welches sorgfältiger Analyse und höchstwahrscheinlich einer Anpassung des Herstellungsprozesses bedarf. 

Eine Eigenschaft gleichermaßen bedeutend für auf Graphen basierende Josephson-Kontakte und Quantenpunkte, ist die elektronische Qualität der Proben, wie bereits in vorangegangenen Abschnitten erwähnt. Es stellt sich heraus, dass zum einen das \(\rm{SiO}_{2}\;\) Substrat und zum anderen Verunreinigungen durch die Prozessierung, die Hauptursachen für eine verminderte Qualität der Graphenproben darstellen. In Kapitel 5 präsentieren wir einen von Dean et al. inspirierten Lösungsansatz für diese Probleme, welcher auf der Verwendung von hexagonalem Bornitride anstelle von \(\rm{SiO}_{2}\;\) als Substratmaterial basiert. In einer, erstmals von Wang et al. berichteten, weiterentwickelten Version, wird zusätzlich eine zweite Lage Bornitrid auf die Graphen-Oberfläche gelegt, welche dort als eine Art Schutzschild vor Verunreinigungen während der Probenherstellung fungiert. Diese Strukturen werden in der Literatur als sogenannte van-der-Waals Heterostrukturen bezeichnet und lassen sich durch gezieltes Aufeinanderstapeln einzelner Bornitrid und Graphen Lagen herstellen. 

Als Teil dieser Arbeit wird zu diesem Zweck ein mechanisches Transfersystem für Graphen- und Bornitridelagen mit einer Größe von einigen Mikrometern konstruiert, welches auf einem modifizierten optischen Mikroskop basiert. Dieses ist zusätzlich mit Präzisions-Mikro-Linearstell-\linebreak tischen ausgestattet und ermöglicht dadurch die Positionierung zweier Lagen mit hoher Präzision. Die Funktionalität des Setups wird anhand von erfolgreich hergestellten Heterostrukturen demonstriert. Ferner wird eine Variation der in der Literatur üblichen Methode zur Herstellung von Graphen/Bornitrid Heterostrukturen präsentiert, welche die Herstellung großflächig homogener Graphenlagen auf Bornitrid ermöglicht. Der Nachteil dieser Methode liegt jedoch in seiner geringen Erfolgsquote. Ein weitverbreitetes Problem bei der Herstellung von eingekapselten Graphenstrukturen, ist der Einschluss von Verunreinigung an der Grenzfläche zwischen Bornitrid und Graphen (auch bekannt als Blasenbildung).Dieses Problem besteht auch in der von uns verwendeten Methode und wirkt sich daher negativ auf die maximal mögliche Bauteilgrösse aus. Ausgehend von einer erfolgreichen Probenvorbereitung schildern wir im nächsten Abschnitt die Entwicklung eines vollständigen Lithographie Prozesses, inklusive hochauflösender Strukturierung mittels Elektronenstrahllithographie in Kombination mit einem Plasma-unterstützten Trockenätzverfahren, sowie zwei grundsätzlich unterschiedlichen Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung der eingeschlossenen Graphenlage. Im Zuge der Probenstrukturierung werden drei Arten von Ätzmasken auf ihre Tauglichkeit hin untersucht. Als beste Alternative wird dabei eine Kombination aus PMMA/HSQ identifiziert. Der auf Reproduzierbarkeit optimierte Ätzprozess wird bei geringer Leistung unter Verwendung von \(\rm{O}_{2}\;\) und \(\rm{CHF}_{3}\;\) als reaktiv Gase durchgeführt. 

Eine bekannte Standardmethode zur elektrischen Kontaktierung sind sogenannte eindimensionale Kontakte entlang der Graphenkante, deren Funktion entscheidend von der Verwendung von Cr als Zwischenschicht abhängt. Aus Kompatibilitätsgründen mit supraleitenden Materialien, z.b. Nb, entwickeln wir einen alternativen Kontaktierungsprozess der nicht auf eine Cr Zwischenschicht angewiesen ist, sondern auch mit Ti an dessen Stelle funktioniert. Dies wird ermöglicht durch Anpassung der Ätzparameter, so dass der Prozess eine hohe Selektivität gegenüber Graphen aufweist. In Kombination mit einer dicken PMMA-basierenden Ätzmaske ist es dadurch möglich einen schmalen Streifen Graphen an der Ätzkante freizulegen. Dieser kann anschließend metallisiert werden, wobei der Resist gleichzeitig als Lift-off Maske dient. 

Die Qualität der mit beiden Methoden so angefertigten elektrischen Kontakte ist sehr gut, wie aus Transportmessungen bei Tieftemperaturen und Raumtemperatur hervorgeht. Ein Vergleich mit Werten aus der Literatur bestätigt diese Einschätzung. Typischerweise befinden sich die Kontaktwiderstände im Bereich von einigen hundert \({\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\), wobei der erreichte Bestwert bei ungefähr \(100{\rm \,}\Omega\mu{\rm m}\) liegt. Abschließend wird die erfolgreiche Entwicklung eines Herstellungsprozesses und der positive Effekt von Bornitrid als Substratmaterial und Schutzschild für die Graphen Oberfläche anhand von Messungen an einer Probe mit hoher Ladungsträgermobilität im Bereich von \(10^5{\rm \,cm^2/Vs}\) bestätigt. 

Die Untersuchung von induzierter Supraleitung in Graphen Josephson Kontakten, Graphen Quantenpunkten, sowie Heterostrukturen mit hoher Elektronenbeweglichkeit sind nur einige der vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten dieses Materialsystem. Die Kombination der in dieser Arbeit gewonnen Kenntnisse hinsichtlich der physikalischen Effekte und der entwickelten Lithographie Prozesse legen daher die Grundlage für die Herstellung und Untersuchung neuartiger auf Graphen basierender Hybridbauelemente in der Zukunft.
KW  - Graphen
KW  - Elektronisches Bauelement
KW  - Transporteigenschaft
KW  - quantum transport
KW  - Coulomb-blockade
KW  - induced superconductivity
KW  - boron-nitride
KW  - Quantenpunkt
KW  - Heterostruktur
KW  - Josephson-Kontakt
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146924
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gerhard, Felicitas Irene Veronika
T1  - Controlling structural and magnetic properties of epitaxial NiMnSb for application in spin torque devices
T1  - Anpassung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften von epitaktischem NiMnSb in Hinsicht auf die Anwendung in Spin Drehmoment Bauteilen
N2  - This thesis describes the epitaxial growth of the Half-Heusler alloy NiMnSb by molecular beam epitaxy. Its structural and magnetic properties are controlled by tuning the composition and the resulting small deviation from stoichiometry. The magnetic in-plane anisotropy depends on the Mn concentration of the sample and can be controlled in both strength and orientation. This control of the magnetic anisotropy allows for growing NiMnSb layers of a given thickness and magnetic properties as requested for the design of NiMnSb-based devices. The growth and characterization of NiMnSb-ZnTe-NiMnSb heterostructures is presented - such heterostructures form an all-NiMnSb based spin-valve and are a promising basis for spin torque devices.
N2  - Diese Arbeit beschreibt das epitaktische Wachstum der Halb-Heusler Legierung NiMnSb mittels Molekularstrahl Epitaxie. Durch Abstimmen der Zusammensetzung und einer daraus folgenden geringen Abweichung der Stöchiometrie werden die strukturellen und magnetischen Eigenschaften gesteuert. Die magnetische Anisotropie hängt von der Mn Konzentration der Probe ab, wobei sowohl die Stärke als auch die Orientierung der Anisotropie angepasst werden kann. Die Kontrolle der magnetischen Anisotropie erlaubt das Wachstum von NiMnSb Schichten mit gegebener Dicke und magnetischen Eigenschaften, die für das Design von NiMnSb-basierten Bauteilen erforderlich sind. Das Wachstum und die Charakterisierung von NiMnSb-ZnTe-NiMnSb Heterostrukturen wird präsentiert - solche Heterostrukturen bilden ein rein NiMnSb-basiertes Spinventil und sind eine vielversprechende Basis für Spin Drehmoment Bauteile.
KW  - Nickelverbindungen
KW  - Manganverbindungen
KW  - Half Heusler alloy NiMnSb
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - magnetic anisotropy
KW  - spin valve
KW  - spin torque device
KW  - Halb-Heusler Legierung NiMnSb
KW  - Molekularstrahl Epitaxie
KW  - Magnetische Anisotropie
KW  - Spinventil
KW  - Spindrehmoment Bauteil
KW  - Antimonverbindungen
KW  - Heterostruktur
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - Heuslersche Legierung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111690
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henn, Tobias
T1  - Hot spin carriers in cold semiconductors : Time and spatially resolved magneto-optical Kerr effect
spectroscopy of optically induced electron spin dynamics
in semiconductor heterostructures
T1  - Heiße Spinträger in kalten Halbleitern
N2  - The present thesis “Hot spin carriers in cold semiconductors” investigates hot carrier effects in low-temperature photoinduced magneto-optical Kerr effect (MOKE) microscopy of electron spins in semiconductor heterostructures. Our studies reveal that the influence of hot photocarriers in magneto-optical pump-probe experiments is twofold.

First, it is commonly assumed that a measurement of the local Kerr rotation using an arbitrary probe wavelength maps the local electron spin polarization. This is the fundamental assumption that underlies the widely used two-color MOKE microscopy technique. Our continuous-wave (cw) spectroscopy experiments demonstrate that this assumption is not correct. 

At low lattice temperatures the nonresonant spin excitation by the focused pump laser inevitably leads to a strong heating of the electron system. This heating, in turn, locally modifies the magneto-optical coefficient which links the experimentally observed Kerr rotation to the electron spin polarization. As a consequence, the spin-induced local Kerr rotation is augmented by spin-unrelated changes in the magneto-optical coefficient. A spatially resolved measurement of the Kerr rotation then does not correctly map the electron spin polarization profile.

We demonstrate different ways to overcome this limitation and to correctly measure the electron spin profile. For cw spectroscopy we show how the true local electron spin polarization can be obtained from a quantitative analysis of the full excitonic Kerr rotation spectrum. Alternatively, picosecond MOKE microscopy using a spectrally broad  probe laser pulse mitigates hot-carrier effects on the magneto-optical spin detection and allows to directly observe the time-resolved expansion of optically excited electron spin packets in real-space.

Second, we show that hot photocarriers strongly modify the spin diffusion process. Owing to their high kinetic energy, hot carriers greatly enhance the electron spin diffusion coefficient with respect to the intrinsic value of the undisturbed system. Therefore, for steady-state excitation the spin diffusivity is strongly enhanced close to the pump spot center where hot electrons are present. Similarly, for short delays following pulsed excitation the high initial temperature of the electrons leads to a very fast initial expansion of the spin packet which gradually slows as the electrons cool down to the lattice temperature.  

While few previous publications have recognized the possible influence of hot carriers on the electron spin transport properties, the present work is the first to directly observe and quantify such hot carrier contributions. We develop models which for steady-state and pulsed excitation quantitatively describe the experimentally observed electron spin diffusion. These models are capable of separating the intrinsic spin diffusivity from the hot electron contribution, and allow to obtain spin transport parameters of the undisturbed system. 

We perform extensive cw and time-resolved spectroscopy studies of the lattice temperature dependence of the electron spin diffusion in bulk GaAs. Using our models we obtain a consistent set of parameters for the intrinsic temperature dependence of the electron spin diffusion coefficient and spin relaxation time and the hot carrier contributions which quantitatively describes all experimental observations. Our analysis unequivocally demonstrates that we have, as we believe for the first time, arrived at a coherent understanding of photoinduced low-temperature electron spin diffusion in bulk semiconductors.
N2  - Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss heißer Ladungsträger in pump-probe magneto-optischer Kerr-Effekt (MOKE) Tieftemperatur-Mikroskopie-Messungen der optisch induzierten Elektronenspin-Dynamik in Galliumarsenid-basierten Halbleiterheterostrukturen. Die Arbeit zeigt, dass dieser Einfluss von zweierlei Art ist.

Der erste Aspekt betrifft die magneto-optische Elektronenspin-Detektion. Es wird gewöhnlich angenommen, dass eine Messung der lokalen Kerr-Rotation unter Verwendung einer beliebigen Probelaser-Wellenlänge korrekt die lokale Elektronenspinpolarisation abbildet. Diese Prämisse ist die fundamentale Grundlage der MOKE Elektronenspin-Mikroskopie. Unsere Dauerstrich-Spektroskopie-Ergebnisse belegen, dass diese Annahme im Allgemeinen nicht korrekt ist.

Bei tiefen Gittertemperaturen führt die nichtresonante optische Anregung spinpolarisierter Elektronen zu einer signifikanten Heizung des Elektronensystems. Diese Heizung modifiziert lokal den magneto-optischen Koeffizienten, der die im Experiment beobachtete Kerr-Rotation mit der zu messenden Elektronenspinpolarisation verknüpft. Als Konsequenz ist die spininduzierte lokale Kerr-Rotation von spinunabhängigen Änderungen des der magneto-optischen  Koeffizienten überlagert. Eine ortsaufgelöste Messung der Kerr-Rotation bildet dann im Allgemeinen nicht korrekt die lokale Elektronenspinpolarisation ab.

Wir demonstrieren verschiedene Möglichkeiten, diese Einschränkung zu überwinden und das korrekte Elektronenspin-Profil zu bestimmen. Für Dauerstrich-Anregung zeigen wir, dass das Elektronenspin-Profil korrekt durch eine quantitative Analyse des lokalen exzitonischen Kerr-Rotations-Spektrums ermittelt werden kann. Alternativ minimiert Pikosekunden-zeitaufgelöste MOKE Mikroskopie unter Verwendung eines spektral breiten gepulsten Probelasers den Einfluss heißer Elektronen auf die magneto-optische Spin-Detektion und erlaubt die direkte Beobachtung der diffusiven Ausbreitung optisch erzeugter Elektronenspin-Pakete im Realraum.

Als zweites Hauptergebnis zeigen wir, dass optische angeregte heiße Ladungsträger signifikant die Spindiffusion beeinflussen. Durch ihre hohe kinetischen Energie erhöhen heiße Photoladungsträger stark den Elektronenspin-Diffusionskoeffizienten im Vergleich zum intrinsischen Wert des ungestörten Systems. Aus diesem Grund ist bei tiefen Gittertemperaturen für lokale Dauerstrich-Anregung der Spin-Diffusionskoeffizient in der Nähe des fokussierten Pumplaserstrahls, in der heiße Elektronen vorhanden sind, stark erhöht. Analog führt für kurze Zeiten nach gepulster optischer Anregung die hohe anfängliche Elektronentemperatur zu einer sehr schnellen initialen Ausbreitung des Spin-Paktes, welche sich allmählich verlangsamt, während die Elektronen auf die Gittertemperatur abkühlen.

Während einzelne frühere Arbeiten bereits den möglichen Einfluss heißer Ladungsträger auf den Elektronenspin-Transport erkannten, ist die vorliegende Arbeit die erste, die die Wirkung heißer Träger auf die Elektronenspin-Diffusion direkt beobachtet und quantifiziert. Wir entwickeln verschiedene Modelle, die für gepulste und Dauerstrich-Anregung quantitativ die Elektronenspin-Diffusion beschreiben. Diese Modelle sind in der Lage, die intrinsische Spindiffusivität von den Beiträgen heißer Ladungsträger zu trennen und erlauben, die Spintransport-Eigenschaften des ungestörten Systems zu bestimmen.

Wir untersuchen in zeitaufgelösten und Dauerstrich-Anregungs-Experimenten die Gittertemperatur-Abhängigkeit der Spindiffusion in n-dotiertem Volumen-GaAs. Mit Hilfe unserer Modelle ermitteln wir einen konsistenten Parameter-Satz für die intrinsische Temperaturabhängigkeit der Spinrelaxationszeit und des Elektronenspin-Diffusionskoeffizienten sowie der Beiträge heißer Ladungsträger, der quantitativ alle experimentellen Beobachtungen beschreibt. Damit haben wir erstmals ein kohärentes Verständnis der optisch induzierten Tieftemperatur-Elektronenspin-Diffusion in Halbleitern entwickelt.
KW  - Galliumarsenid
KW  - Optische Spektroskopie
KW  - Heterostruktur
KW  - spintronics
KW  - Spintronik
KW  - Elektronenspin
KW  - Halbleiterphysik
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-110265
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frey, Alexander
T1  - Spin-Dependent Tunneling and Heterovalent Heterointerface Effects in Diluted Magnetic II-VI Semiconductor Heterostructures
T1  - Spinabhängiges Tunneln und heterovalente Heterogrenzflächen in verdünnt magnetischen II-VI Halbleiter Heterostrukturen
N2  - The contribution of the present thesis consists of three parts. They are centered around investigating certain semiconductor heterointerfaces relevant to spin injection, exploring novel, diluted magnetic single barrier tunneling structures, and further developing diluted magnetic II-VI resonant tunneling diodes.
N2  - Der Beitrag der vorliegenden Arbeit besteht aus drei Teilen. Diese beschäftigen sich mit der Untersuchung bestimmter, für Spininjektion relevanter, Halbleiter Heterogrenzflächen, mit neuartigen, verdünnt magnetischen Einzelbarrieren-Tunnelstrukturen, sowie mit der Weiterentwicklung von verdünnt magnetischen Resonanz-Tunneldioden.
KW  - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW  - Heterostruktur
KW  - Spintronik
KW  - II-VI Semiconductors
KW  - Diluted magnetic semiconductors
KW  - resonant tunneling
KW  - spintronics
KW  - heterovalent heterointerfaces
KW  - Spin
KW  - Halbleiter
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - Resonanz-Tunneleffekt
KW  - Tunneleffekt
KW  - Röntgendiffraktometrie
KW  - Magnetowiderstand
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-78133
ER  - 
TY  - THES
A1  - Büttner, Bastian
T1  - Micromagnetic Sensors and Dirac Fermions in HgTe Heterostructures
T1  - Mikromagnetische Sensoren und Dirac Fermionen in HgTe Heterostrukturen
N2  - Within the scope of this thesis two main topics have been investigated: the examination of micromagnetic sensors and transport of massive and massless Dirac fermions in HgTe quantum wells. For the investigation of localized, inhomogeneous magnetic fields, the fabrication and characterization of two different non-invasive and ultra sensitive sensors has been established at the chair ”Experimentelle Physik” of the University of Würzburg. The first sensor is based on the young technique named micro-Hall magnetometry. The necessary semiconductor devices (Hall cross structures) were fabricated by high-resolution electron beam lithography based on two different two dimensional electron gases (2DEGs), namely InAs/(Al,Ga)Sb- and HgTe/(Hg,Cd)Te- heterostructures. The characteristics have been examined in two different ways. Measurements in homogeneous magnetic fields served for characterization of the sensors, whereas the investigation of artificially produced sub-µm magnets substantiates the suitability of the devices for the study of novel nanoscale magnetic materials (e.g. nanowires). Systematic experiments with various magnets are in accordance with the theory of single-domain particles and anisotropic behavior due to shapes with high aspect ratio. The highest sensitivity for strongly localized fields was obtained at T = 4.2 K for a (200x200) nm^2 Hall cross - made from shallow, high mobility HgTe 2DEG. Although the field resolution was merely δB ≈ 100 µT, the nanoscale sensor size yields an outstanding flux resolution of δΦ = 2 10^(−3) Φ0, where Φ0 = h/2e is the flux quantum. Translating this result in terms of magnetic moment, the sensitivity allows for the detection of magnetization changes of a particle centered on top of the sensor as low as δM ≈ 10^2 µB, with the magnetic moment of a single electron µB, the Bohr magneton. The further examination of a permalloy nanomagnet with a cross-section of (100x20) nm^2 confirms the expected resolution ability, extracted from the noise of the sensor. The observed high signal-to-noise ratio validates the detection limit of this sensor in terms of geometry. This would be reached for a magnet (same material) with quadratic cross-section for an edge length of 3.3 nm. Moreover, the feasibility of this sensor for operation in a wide temperature range (T = mK... > 200 K) and high magnetic fields has been confirmed. The second micromagnetic sensor is the micro-SQUID (micro-Superconducting-QUantum-Interference-Device) based on niobium. The typical sensor area of the devices built in this work was (1.0x1.0) µm^2, with constrictions of about 20 nm. The characterization of this device demonstrates an amazing field sensitivity (regarding its size) of δB < 1 µT. Even though the sensor was 25 times larger than the best micro-Hall sensor, it provided an excellent flux resolution in the order of δΦ ≈ 5 10^(−4) Φ0 and a similar magnetic moment resolution of δM ≈ 10^2 µB. Furthermore, the introduction of an ellipsoidal permalloy magnet (axes: 200 nm and 400 nm, thickness 30 nm) substantiates the suitability for the detection of minuscule, localized magnetic fields. The second part of the thesis deals with the peculiar transport properties of HgTe quantum wells. These rely on the linear contribution to the band structure inherent to the heterostructure. Therefore the system can be described by an effective Dirac Hamiltonian, whose Dirac mass is tunable by the variation of the quantum well thickness. By fabrication and characterization of a systematical series of substrates, a system with vanishing Dirac mass (zero energy gap) has been confirmed. This heterostructure therefore resembles graphene (a monolayer of graphite), with the difference of exhibiting only one valley in the energy dispersion of the Brillouin zone. Thus parasitical intervalley scattering cannot occur. The existence of this system has been proven by the agreement of theoretical predictions, based on widely accepted band structure calculations with the experiment (Landau level dispersion, conductivity). Furthermore, another particularity of the band structure - the transition from linear to parabolic character - has been illustrated by the widths of the plateaus in the quantum Hall effect. Finally, the transport of ”massive” Dirac fermions (with finite Dirac mass) is investigated. In particular the describing Dirac Hamiltonian induces weak localization effects depending on the Dirac mass. This mechanism has not been observed to date, and survives in higher temperatures compared to typical localization mechanisms.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Themenbereiche bearbeitet: die Untersuchung von mikromagnetischen Sensoren und der Transport von massiven und masselosen Dirac Fermionen in HgTe Quantenwällen. Für die Untersuchung von lokalisierten, inhomogenen Magnetfeldern wurde die Herstellung und Charakterisierung von zwei unterschiedlichen nicht-invasiven und hochempfindlichen Sensoren am Lehrstuhl für Experimentelle Physik III der Universität Würzburg etabliert. Der erste Sensor beruht auf der noch recht jungen Methode der Mikro-Hall-Magnetometrie. Die dafür notwendigen Halbleiterbauteile (Hallkreuzstrukturen) wurden mit höchstauflösender Elektronenstrahllithografie auf Basis von zwei verschiedenen zweidimensionalen Elektronengasen (2DEGs) hergestellt, genauer InAs/(Al,Ga)Sb- und HgTe/(Hg,Cd)Te- Halbleiterheterostrukturen. Nachfolgend wurden deren Charakteristika auf zwei verschiedene Arten untersucht. Messungen in homogenen Magnetfeldern dienten der Charakterisierung der Sensoren, während die Untersuchung von künstlich hergestellten sub-Mikrometermagneten die Eignung der Bauteile für die Detektion neuartiger magnetischer Materialien auf der Nanoskala (z.B. Nanodrähte) nachweist. Systematische Messungen an Magneten unterschiedlicher Ausdehnungen stimmen mit theoretischen Vorausbetrachtungen in Bezug auf Einzeldomänenteilchen und Formanisotropie überein. Die höchste Empfindlichkeit für stark lokalisierte Magnetfelder wurde mit einem (200x200)nm^2 großen Hallkreuz - hergestellt aus einem oberflächennahen, hochbeweglichen HgTe 2DEG - bei einer Temperatur von 4.2 K erreicht. Obwohl die Feldauflösung lediglich δB ≈ 100 µT betrug, konnte auf Grund der Miniaturisierung der Sensorfläche eine beeindruckende Flusssensitivität von δΦ ≈ 2 10^(−3) Φ0 erreicht werden, wobei Φ0 = h/2e das Flussquant darstellt. Wenn man diese Auflösung in Bezug auf die Magnetisierung betrachtet, ermöglicht der Sensor die Detektion von Magnetisierungsänderungen eines Teilchens auf der Mitte des Sensors in Höhe von δM ≈ 10^2 µB mit dem magnetischen Moment eines Elektrons, dem Bohrschen Magneton µB. Die weiteren Untersuchungen eines Permalloy-Nanomagneten mit einer Querschnittfläche von (100x20) nm^2 bestätigt die erwartete Auflösungsfähigkeit, die aus dem Rauschen des Sensors hervorgeht. Weiterhin konnte die Einsatzfähigkeit des Bauteils in einem breiten Temperaturbereich (T = mK... > 200 K) und bei hohen Magnetfeldern bestätigt werden. Bei dem zweiten mikromagnetischen Sensor handelt es sich um das Mikro-SQUID (Mikro-Superconducting-QUantum-Interference-Device) basierend auf Niob. Die Sensorfläche der in dieser Arbeit hergestellten Mikro-SQUIDs betrug typischerweise (1.0x1.0) µm^2 mit Einschnürungen im Bereich von 20 nm. Die Charakterisierung dieses Bauteils zeigt eine beeindruckende Magnetfeldauflösung von δB < 1 µT, besonders hinsichtlich der minimalen Ausdehnung des Bauteils. Obwohl die Sensorfläche 25 mal größer als die des Mikro-Hallsensors war, wurde so eine höhere Flusssensitivität von δΦ ≈ 5 10^(−4) Φ0 und eine ähnliche magnetische Momentauflösung von δM ≈ 10^2 µB erreicht. Des weiteren konnte mit der Einbringung eines ellipsoidalen Permalloy-Magneten (Achsen: 200 und 400 nm, Dicke: 30 nm) die Eignung zur Detektion winziger lokaler Magnetfelder konkretisiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit sind die besonderen Transporteigenschaften von HgTe Quantenwällen, die auf dem linearen Anteil in der Bandstruktur beruhen, untersucht worden. Das System kann mit einem Dirac Hamiltonian beschrieben werden, dessen Diracmasse durch Variation der Quantenwalldicke beeinflusst werden kann. Im Verlauf der Arbeit konnte durch Herstellung und Charakterisierung einer systematischen Serie von Substraten ein System mit verschwindender Diracmasse (Energielücke gleich 0) bestätigt werden. Diese Halbleiterheterostruktur gleicht damit Graphen (eine Monolage von Graphit), mit dem Unterschied, dass es in der Brillouinzone nur eine Elektronensenke aufweist und demzufolge keine störende Intervalley-Streuung auftreten kann. Die Existenz dieses Systems konnte durch die Übereineinstimmung von Vorhersagen aus theoretischen Bandstrukturrechnungen mit dem Experiment (Verlauf der Landauniveaus, Leitfähigkeit) bestätigt werden. Außerdem konnte die Besonderheit der Bandstruktur - der Übergang von linearem zu quadratischem Charakter - anhand der Plateauweiten im Quanten-Hall-Effekt veranschaulicht werden. Im weiteren Verlauf wurde der Transport von ”massiven” Dirac Fermionen (mit endlicher Diracmasse) untersucht. Im Besonderen führt der beschreibende Dirac Hamiltonian in Abhängigkeit von der Diracmasse zu schwachen Lokalisierungeffekten, die bis dato noch nicht beobachtet wurden und im Vergleich zu typischen Mechanismen bis zu weit höheren Temperaturen überleben.
KW  - Magnetischer Sensor
KW  - Mikrohallmagnetometrie
KW  - Mikro-SQUID
KW  - HgTe
KW  - Micro-Hall Magnetometry
KW  - Micro-SQUID
KW  - HgTe
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Heterostruktur
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72556
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Andreas
T1  - Towards functional oxide heterostructures
T1  - Funktionelle oxidische Heterostrukturen
N2  - Oxide heterostructures attract a lot of attention as they display a vast range of physical phenomena like conductivity, magnetism, or even superconductivity. In most cases, these effects are caused by electron correlations and are therefore interesting for studying fundamental physics, but also in view of future applications. This thesis deals with the growth and characterization of several prototypical oxide heterostructures. Fe3O4 is highly ranked as a possible spin electrode in the field of spintronics. A suitable semiconductor for spin injection in combination with Fe3O4 is ZnO due to its oxide character and a sufficiently long spin coherence length. Fe3O4 has been grown successfully on ZnO using pulsed laser deposition and molecular beam epitaxy by choosing the oxygen partial pressure adequately. Here, a pressure variation during growth reduces an FeO-like interface layer. Fe3O4 films grow in an island-like growth mode and are structurally nearly fully relaxed, exhibiting the same lattice constants as the bulk materials. Despite the presence of a slight oxygen off-stoichiometry, indications of the Verwey transition hint at high-quality film properties. The overall magnetization of the films is reduced compared to bulk Fe3O4 and a slow magnetization behavior is observed, most probably due to defects like anti-phase boundaries originating from the initial island growth. LaAlO3/SrTiO3 heterostructures exhibit a conducting interface above a critical film thickness, which is most likely explained by an electronic reconstruction. In the corresponding model, the potential built-up owing to the polar LaAlO3 overlayer is compensated by a charge transfer from the film surface to the interface. The properties of these heterostructures strongly depend on the growth parameters. It is shown for the first time, that it is mainly the total pressure which determines the macroscopic sample properties, while it is the oxygen partial pressure which controls the amount of charge carriers near the interface. Oxygen-vacancy-mediated conductivity is found for too low oxygen pressures. A too high total pressure, however, destroys interface conductivity, most probably due to a change of the growth kinetics. Post-oxidation leads to a metastable state removing the arbitrariness in controlling the electronic interface properties by the oxygen pressure during growth. LaVO3/SrTiO3 heterostructures exhibit similar behavior compared to LaAlO3/SrTiO3 when it comes to a thickness-dependent metal-insulator transition. But in contrast to LaAlO3, LaVO3 is a Mott insulator exhibiting strong electron correlations. Films have been grown by pulsed laser deposition. Layer-by-layer growth and a phase-pure pervoskite lattice structure is observed, indicating good structural quality of the film and the interface. An electron-rich layer is found near the interface on the LaVO3 side for conducting LaVO3/SrTiO3. This could be explained by an electronic reconstruction within the film. The electrostatic doping results in a band-filling-controlled metal-insulator transition without suffering from chemical impurities, which is unavoidable in conventional doping experiments.
N2  - Oxidische Heterostrukturen besitzen verschiedenste physikalische Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Magnetisums oder sogar Supraleitung. Diese Effekte, die meist von elektronischen Korrelationen verursacht werden, zu verstehen und ihren fundamentalen Ursprung zu erklären, machen diese Materialsysteme ebenso interessant wie ihr zukünftiges Anwendungspotential. Diese Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen prototypischen Schichtsystemen. Fe3O4 könnte zukünftig als Spinelektrode im Bereich der Spintronik dienen. ZnO ist ein Halbleiter, der durch seinen oxidischen Charakter und einer hinreichenden Spinkohärenzlänge gut zur Spininjektion geeignet ist. Das Wachstum von Fe3O4 auf ZnO wurde erfolgreich mittels gepulster Laserdeposition und Molekularstrahlepitaxie durchgeführt. Dabei ist der Sauerstoffpartialdruck entscheidend und eine Variation des Drucks während des Wachstums wirkt der Bildung einer FeO-artigen Grenzschicht entgegen. Die Filme wachsen inselartig und ihre Gitterstruktur ist fast vollständig relaxiert. Trotz einer Sauerstofffehlstöchiometrie wird die hohe Qualität der Filme durch einen Verwey-Phasenübergang bestätigt. Im Vergleich zu Einkristallen ist die Magnetisierung der Filme reduziert. Durch das Inselwachstum verursachte Antiphasengrenzen könnten zu dieser Reduzierung führen. Die leitfähige Grenzschicht, die in LaAlO3/SrTiO3 Heterostrukturen ab einer bestimmten LaAlO3 Filmdicke auftritt, kann höchstwahrscheinlich durch eine elektronische Rekonstruktion erklärt werden. Im entsprechenden Modell wird der Aufbau eines elektrischen Potentials auf Grund der Polarität des LaAlO3 Films durch eine Ladungsumordnung kompensiert. Die Eigenschaften dieser Heterostruktur sind jedoch von den Wachstumsparametern abhängig. Diese Studie zeigt erstmals, dass die makroskopischen Eigenschaften maßgeblich vom Gesamtdruck, die Anzahl der Ladungsträger dagegen stark vom Sauerstoffpartialdruck während des Wachstums abhängen. Leitfähigkeit auf Grund von Sauerstofffehlstellen wurde für sehr kleine Sauerstoffpartialdrücke beobachtet. Ein zu hoher Gesamtdruck hingegen verhindert die Leitfähigkeit der Grenzschicht. Dies ist vermutlich durch eine Änderung der Wachstumskinematik erklärbar. Ein Nachoxidieren der Proben führt überdies zu einem metastabilen Zustand, der die Vergleichbarkeit von Proben verschiedener Arbeitsgruppen gewährleistet. LaVO3/SrTiO3 zeigt ähnliches Verhalten wie LaAlO3/SrTiO3 und Leitfähigkeit tritt ab einer gewissen LaVO3 Schichtdicke auf. Im Gegensatz zu LaAlO3 ist LaVO3 ein Mottisolator, dass heißt, Korrelationseffekte spielen eine Rolle. LaVO3/SrTiO3 wurde mittels gepulster Laserdeposition hergestellt, Phasenreinheit und die strukturellen Eigenschaften mit verschiedenen Methoden überprüft. Zusätzliche Elektronen wurden für leitfähige Proben auf der LaVO3-Seite der Grenzfläche nachgewiesen. Eine Erklärung hierfür wäre eine elektronische Rekonstruktion im Film selbst. Dieses elektrostatische Dotieren führt zu einem bandfüllungsinduzierten Mott-Phasenübergang, der nicht durch chemische Verunreinigungen, die in konventionellen Dotierexperimenten unvermeidbar sind, beeinflusst ist.
KW  - Oxide
KW  - Epitaxieschicht
KW  - Heterostruktur
KW  - Physikalische Eigenschaft
KW  - Heterostrukturen
KW  - Oxid
KW  - Wachstum
KW  - MBE
KW  - PLD
KW  - Fe3O4
KW  - LaAlO3
KW  - LaVO3
KW  - heterostructures
KW  - oxide
KW  - growth
KW  - MBE
KW  - PLD
KW  - Fe3O4
KW  - LaAlO3
KW  - LaVO3
KW  - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
KW  - Photoelektronenspektroskopie
KW  - Kristallwachstum
KW  - Impulslaserbeschichten
KW  - Molekularstrahlepitaxie
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72478
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bach, Peter
T1  - Growth and characterization of NiMnSb-based heterostructures
T1  - Wachstum und Charaktersisierung von NiMnSb-basierenden Heterostrukturen
N2  - In this work heterostructures based on the half-Heusler alloy NiMnSb have been fabricated and characterized. NiMnSb is a member of the half-metallic ferromagnets, which exhibit an electron spin-polarization of 100% at the Fermi-level. For fabrication of these structures InP substrates with surface orientations of (001),(111)A and (111)B have been used. The small lattice mismatch of NiMnSb to InP allows for pseudomorphic layers, the (111) orientation additionally makes the formation of a half-metallic interface possible. For the growth on InP(001), procedures for the substrate preparation, growth of the lattice matched (In,Ga)As buffer layer and of the NiMnSb layer have been developed. The effect of flux-ratios and substrate temperatures on the MBE growth of the buffer as well as of the NiMnSb layer have been investigated and the optimum conditions have been pointed out. NiMnSb grows in the layer-by-layer Frank-van der Merwe growth mode, which can be seen by the intensity oscillations of the RHEED specular spot during growth. RHEED and LEED measurements show a flat surface and a well-defined surface reconstruction. High resolution x-ray measurements support this statement, additionally they show a high crystalline quality. Measurements of the lateral and the vertical lattice constant of NiMnSb films on (001) oriented substrates show that layers above a thickness of 20nm exhibit a pseudomorphic as well as a relaxed part in the same layer. Whereas layers around 40nm show partly relaxed partitions, these partitions are totally relaxed for layers above 100nm. However, even these layers still have a pseudomorphic part. Depth-dependent x-ray diffraction experiments prove that the relaxed part of the samples is always on top of the pseudomorphic part. The formation and propagation of defects in these layers has been investigated by TEM. The defects nucleate early during growth and spread until they form a defect network at a thickness of about 40nm. These defects are not typical misfit dislocations but rather antiphase boundaries which evolve in the Mn/Sb sublattice of the NiMnSb system. Dependent on the thickness of the NiMnSb films different magnetic anisotropies can be found. For layers up to 15nm and above 25nm a clear uniaxial anisotropy can be determined, while the layers with thicknesses in between show a fourfold anisotropy. Notably the easy axis for the thin layers is perpendicular to the easy axis observed for the thick layers. Thin NiMnSb layers show a very good magnetic homogeneity, as can be seen by the very small FMR linewidth of 20Oe at 24GHz. However, the increase of the linewidth with increasing thickness shows that the extrinsic damping gets larger for thicker samples which is a clear indication for magnetic inhomogeneities introduced by crystalline defects. Also, the magnetic moment of thick NiMnSb is reduced compared to the theoretically expected value. If a antiferromagnetic material is deposited on top of the NiMnSb, a clear exchange biasing of the NiMnSb layer can be observed. In a further step the epitaxial layers of the semiconductor ZnTe have been grown on these NiMnSb layers, which enables the fabrication of NiMnSb/ZnTe/NiMnSb TMR structures. These heterostructures are single crystalline and exhibit a low surface and interface roughness as measured by x-ray reflectivity. Magnetic measurements of the hysteresis curves prove that both NiMnSb layers in these heterostructures can switch separately, which is a necessary requirement for TMR applications. If a NiMn antiferromagnet is deposited on top of this structure, the upper NiMnSb layer is exchange biased by the antiferromagnet, while the lower one is left unaffected. Furthermore the growth of NiMnSb on (111) oriented substrates has been investigated. For these experiments, InP substrates with a surface orientation of (111)A and (111)B were used, which were miscut by 1 to 2° from the exact orientation to allow for smoother surfaces during growth. Both the (In, Ga)As buffer as well as the NiMnSb layer show well defined surface reconstructions during growth. X-ray diffraction experiments prove the single crystalline structure of the samples. However, neither for the growth on (111)A nor on (111)B a perfectly smooth surface could be obtained during growth, which can be attributed to the formation of pyramid-like facets evolving as a result of the atomic configuration at the surface. A similar relaxation behavior as NiMnSb layers on (001) oriented InP could not be observed. RHEED and x-ray diffraction measurements show that above a thickness of about 10nm the NiMnSb layer begins to relax, but remnants of pseudomorphic parts could not be found. Magnetic measurements show that the misorientation of the substrate crystal has a strong influence on the magnetic anisotropies of NiMnSb(111) samples. In all cases a uniaxial anisotropy could be observed. The easy axis is always aligned parallel to the direction of the miscut of the substrate.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Heterostrukturen basierend auf dem Halb-Heusler Material NiMnSb hergestellt und charakterisiert. NiMnSb ist ein Mitglied der halbmetallischen Ferromagnete, die sich durch eine 100% Spinpolarisation an der Fermikante auszeichnen. Zur Herstellung der Strukturen wurden InP Substrate der Orientierungen (001), (111)A und (111) B verwendet. Die geringe Gitterfehlanpassung von NiMnSb an InP erlaubt pseudomorphe Strukturen, die (111) Orientierung ermöglicht zusätzlich die Entstehung eines halb-metallischen Interfaces. Für das Wachstum auf InP(001) wurden Prozeduren für die Substratvorbereitung, die Herstellung des gitterangepassten (In, Ga)As und des NiMnSb entwickelt. Sowohl der Einfluss der Flussverhältnisse als auch der Substrattemperatur wurden erforscht und die optimalen Parameter ermittelt. NiMnSb wächst im Frank-van der Merwe Modus, der sich durch Oszillationen des Spekularreflexes bei RHEED Messungen auszeichnet. Untersuchungen der Oberfläche mittels LEED zeigen eine wohldefinierte Rekonstruktion sowie eine niedrige Oberflächenrauhigkeit. Hochauflösende Röntgenbeugungsexperimente unterstützen diese Aussage, zusätzliche zeigen sie eine hohe kristalline Qualität der Schichten. Messungen der NiMnSb Gitterkonstante in lateraler sowie vertikaler Richtung zeigen, dass in allen Schichten dicker als 20 nm sowohl pseudomorphe als auch relaxierte Teilbereiche existieren. Während Schichten um 40 nm teilrelaxierte Bereiche aufweisen, sind diese Bereiche bei Schichten über 100 nm vollständig relaxiert. Tiefenabhängige Röntgenbeugungsexperimente beweisen, dass der relaxierte Teil der NiMnSb Schicht immer über dem pseudomorphen Teil liegt. Die Ausbreitung von Kristalldefekten wurde durch TEM untersucht. Dabei zeigte sich, dass diese Defekte schon sehr bald während des Wachstums entstehen und sich immer weiter ausbreiten, bis sie bei einer Dicke von etwa 40 nm überlappen. Bei diesen Defekten handelt es sich nicht um typische Versetzungen, die aufgrund der Gitterfehlanpassung entstehen, sondern sehr wahrscheinlich um Antiphasen Grenzen die sich im Mn/Sb Untergitter des NiMnSb ausbilden. Zusätzlich zur hohen kristallinen Qualität der NiMnSb Schichten zeigen auch magnetische Messungen eine hohe Homogenität. Die Curie-Temperatur liegt erwartungsgemäß weit über Raumtemperatur. Die Schichten zeigen verschiedene Anisotropien abhängig von der Dicke der Schicht, uniaxiale Anisotropien wurden für Schichten dünner als 15 bzw. dicker als 25 nm beobachtet, dazwischen bildet sich eine Vierfach-Anisotropie aus. Mit steigender Dicke konnte auch eine Abnahme der magnetischen Homogenität beobachtet werden, was auf die Zunahme der Defektdichte bei dickeren Schichten zurückgeführt werden kann. Scheidet man auf dem NiMnSb-Ferromagneten einen Antiferromagneten bestehend aus NiMn ab, so kann der „Exchange Bias“ Effekt beobachtet werden. Auf diese NiMnSb Schichten wurde in einem weiteren Schritt der Halbleiter ZnTe epitaktisch gewachsen, wodurch die Herstellung von NiMnSb/ZnTe/NiMnSb TMR Strukturen ermöglicht wurde. Diese Schichten sind einkristallin und zeichnen sich durch kleine Oberflächen- und Grenzflächenrauhigkeiten aus. Magnetische Messungen dieser Heterostrukturen zeigen, dass beide ferromagnetische Schichten separat schalten können, eine der Grundvoraussetzung für die Beobachtung des TMR Effekts. Bringt man auf diese Strukturen einen Antiferromagneten auf, so kann eine „Exchange Bias“ Wechselwirkung mit der oberen NiMnSb-Schicht beobachtet werden, während die untere unbeeinträchtigt bleibt. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde das Wachstum von NiMnSb auf (111) orientierten Substraten untersucht. Dazu wurden InP Kristalle der Orientierung (111)A und (111)B verwendet, die um 1-2° von der exakten Orientierung abweichen, um ein glatteres Wachstum zu ermöglichen. Sowohl die (In,Ga)As als auch NiMnSb-Schichten zeigen wohldefinierte Rekonstruktionen während des Wachstums. Röntgenbeugungsexperimente zeigen die einkristalline Struktur der Proben. Weder für das Wachstum auf InP(111)A noch auf InP(111)B konnte jedoch perfekt glatte Oberflächen während des Wachstums erzielt werden, was auf die Entstehung von pyramidenartigen Facetten aufgrund der Atomkonfiguration an der (111) Oberfläche zurückgeführt werden kann. Ein ähnliches Relaxationsverhalten wie für NiMnSb Schichten auf InP(001) konnte nicht beobachtet werden. Schichten oberhalb einer Dicke von ca. 10 nm beginnen während des Wachstums komplett zu relaxieren, was durch RHEED und Röntgenbeugungsexperimente belegt wurde. Magnetische Messungen ergaben, dass sich die Fehlorientierung der Substratkristalle stark auf das Anisotropieverhalten der NiMnSb(111) Proben auswirkt. In allen Fällen konnte eine uniaxiale Anisotropie beobachtet werden, die sich jeweils senkrecht zur Richtung der Fehlorientierung befindet.
KW  - Nickelverbindungen
KW  - Manganverbindungen
KW  - Antimonverbindungen
KW  - Heterostruktur
KW  - Halbmetalle
KW  - Spintronic
KW  - MBE
KW  - halfmetals
KW  - spintronics
KW  - MBE
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17771
ER  -