Der magnetische Phasenübergang und das Einsetzen des Ferromagnetismus bei dünnen Eisenschichten auf Galliumarsenid

Es wurde die Struktur und das magnetische Verhalten von wenige Atomlagen dicken Fe-Schichten auf GaAs(001)-Einkristalloberflachen untersucht. Die Schwerpunkte lagen auf dem magnetischen Phasenubergang als Funktion der Temperatur, sowie auf dem Einsetzen des Ferromagnetismus als Funktion der nominellen Fe-Bedeckung d. Fe wachst zunachst in Form von Inseln mit ungeordneter Struktur. Beim Uberschreiten von d = 2.0 Monolagen (ML) bildet sich eine epitaktische bcc-Struktur. Die Curietemperatur wird bei d = 2.5 ML von Null verschieden und nimmt bei weiterer Erhohung der Fe-Bedeckung mit ca. 270 K/ML zu. Dies wird mit einem Perkolationsphanomen bei der Koaleszenz der Fe-Inseln in Zusammenhang gebracht. Diese Deutung bestatigt sich durch den Befund, das der Anteil des ferromagnetischen Fe am gesamten Fe mit d kontinuierlich ansteigt. Fur d > 2.8 ML wird ein scharfer magnetischer Phasenubergang beobachtet. Die auserordentliche Scharfe dieses Ubergangs wird interpretiert als Folge der Abwesenheit von Schichtdickenfluktuationen auf einer lateralen Langenskala von > 3 nm. Ebenso wie der Ferromagnetismus setzt auch die uniaxiale magnetische Grenzflachenanisotropie bei d = 2.5 ML ein. Dies wird zuruckgefuhrt auf einen Umordnungsprozess an der Fe/GaAs-Grenzflache, bei welchem die ursprungliche Oberflachenrekonstruktion des GaAs(001)-Substrats aufgelost und eine einheitliche geordnete Grenzflache ausgebildet wird. Damit kann man auch verstehen, das sowohl der magnetische Phasenubergang als auch das Einsetzen des Ferromagnetismus keine Unterschiede zeigt, wenn man das Fe entweder auf (4x2)- oder auf (6x6)-rekonstruiertem GaAs(001) aufwachsen last. Entgegen der ursprunglichen Erwartung wurde fur d < 2.5 ML eine deutliche Abweichung von superparamagnetischem Verhalten beobachtet, was moglicherweise auf indirekten Austauschkopplungen zwischen benachbarten Fe-Inseln uber die als Korrosionsschutz verwendete Au-Abdeckschicht beruht.