Magnetic coupling in (GaMn)As ferromagnetic semiconductors – studied by soft x-ray spectroscopy

Durch die Dotierung von Gallium Arsenid mit Mangan werden lokale magnetische Momente implantiert und gleichzeitig Ladungsträger (Valenzband Löcher) erzeugt, welche eine langreichweitige ferromagnetische Kopplung zwischen den einzelnen Mangan Ionen herstellen können. In dieser Arbeit wurde die magnetische Kopplung sowie die Hybridisierung der Mn Atome in epitaktisch gewachsenen (GaMn)As Schichten mittels Röntgen Absorptions Spektroskopie und magnetischem Röntgen zirkular Dichroismus an den Mn L3,2 Absorptionskanten untersucht. Durch die Kombination von oberflächen- und volumen-sensitiven Messmethoden mit Reflektionsmessungen gelang es ein chemisches und magnetisches Tiefenprofil der Mangan Verteilung in den (GaMn)As Schichten aufzulösen. Dabei wurde eine inhomogene Verteilung von Mangan in zwei unterschiedlichen Grundzustands Konfigurationen deutlich: Im Volumen herrscht im wesentlichen Mangan auf Gallium Plätzen vor, die Hybridisierung mit den sp-Zuständen der As Liganden führt zu einer 3d6 Beimischung zu der 3d5 Grundzustands Konfiguration. An der Oberfläche dagegen findet sich zusätzlich Mangan ein einer reinen 3d5 Konfiguration. Die verstärkte Anlagerung von Mangan 3d5 an der Oberfläche nach dem thermischen Ausheilen von Defekten deutet darauf hin, dass die Oberflächenschicht durch Diffusion von Mangan auf Zwischengitter-Plätzen während des Wachstum und des Ausheilens entsteht. Mit zunehmender Mangan Konzentration wird im Volumen ein zunehmender Anteil von nicht ferromagnetisch gekoppelten Mangan Atomen festgestellt, die eine stark abweichenden 3d4 Grundzustands Konfiguration aufweisen. Ihre Anzahl skaliert ungefähr mit der Anzahl von Mangan Nächster-Nachbar Paare die sich aus einer statistischen Mangan Verteilung ergibt. Beides deutet auf ein Auftreten von antiferromagentischer Kopplung zwischen Mangan Atomen bei höheren Konzentrationen hin. Solch eine antiferromagnetische Kopplung wurde bisher nur in II- VI Halbleitern beobachtet. Die pd-Hybridisierung, in (GaMn)As, welche die magnetische Austausch Wechselwirkung vermittelt, wurde bisher als isotrop betrachtet. Hier wurde die pd-Hybridisierung mittels magnetischem Röntgen zirkular Dichriosmus in Verbindung mit winkelaufgelösten Messungen untersucht. Im Experiment zeigt sich eine Abhängigkeit der dichroischen Linienform und des Orbitalmoments auf der Mangan 3d Schale von der Magnetisierungsrichtung. Diese Winkelabhängigkeit ist ein erster deutlicher Hinweis auf eine Anisotropie in der pd-Hybridisierung und damit auch in der magnetischen Austausch Wechselwirkung.

Author dc:creator

• Kronast, Florian

Advisor dc:contributor.advisor

• Eberhardt, Wolfgang

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-12897
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1349

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/1646