Magnetotransport- und Anisotropieuntersuchungen an (001)- und (311)A-(Ga,Mn)As

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-9119
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.10694

Döppe, Matthias

Vorschau

Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen mit Print on Demand
PDF
(8MB)

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 09 Jan 2008 16:19

Details

Vorschau

Bibliographische Daten exportieren

Zusammenfassung (Deutsch)

Zusammenfassung (Deutsch)

Der bei tiefen Temperaturen ferromagnetische Halbleiter (Ga,Mn)As ist in den letzten Jahren verstärkt in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. In der vorliegenden Arbeit standen vor allem die magnetischen Anisotropien im Vordergrund. Die ersten Versuche epitaktischen Wachstums dünner (Ga,Mn)As-Schichten (typisch 20 .. 200 nm) erfolgten auf einem (001)-GaAs-Substrat. Magnetfeldabhängige in plane Widerstandsmessungen (Magnetfeld liegt in der Ebene) in Hallgeometrie (Querwiderstand) führten im Jahre 2003 zur Entdeckung des Giant-Planar-Hall-Effektes (kurz GPHE). Sowohl der Halleffekt als auch der bereits seit langem bekannte anisotrope Magnetowiderstand (kurz AMR) haben ihre Ursache in der Spin-Bahn-Kopplung. Entscheidend für eine Beschreibung des Ummagnetisierungsvorganges ist der Verlauf der Hallspannung auf Grund der Abhängigkeit des Widerstandes vom Winkel zwischen der Magnetisierung und dem Strompfad. Die Arbeit stellt neben Anisotropieuntersuchungen an Proben, die Abmessungen im Mikrometerbereich besitzen, auch Ergebnisse von Proben mit Strukturgrößen im Nanometerbereich vor. Die mit Hilfe der Elektronenstrahllithographie hergestellten und nur wenige hundert Nanometer breiten (Ga,Mn)As-Streifen zeigten eine starke zusätzliche uniaxiale magnetische Anisotropie, die in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis der Struktur Einfluss auf den Ummagnetisierungsvorgang nahm. Durch gezieltes Zusammensetzen einzelner (Ga,Mn)As-Streifen zu sog. Zick-Zack-Strukturen konnte der Nachweis eines positiven Domänenwandwiderstandes in diesem Materialsystem erbracht werden.

Im zweiten Teil der Arbeit wurden (Ga,Mn)As-Schichten untersucht, die durch Wachstum auf (311)A-GaAs-Substrat entstanden. Bei B-feldabhängigen Messungen zeigten die Hallwiderstandsverläufe gegenüber (001)-(Ga,Mn)As abweichende magnetische Anisotropieeigenschaften. Die Lage der magnetisch leichten Achsen liegen nicht wie beim (001)-(Ga,Mn)As in der Probenebene, sondern abhängig von der Schichtdicke leicht geneigt außerhalb der (311)A-Fläche. Dies führte auch bei einem in plane angelegten Magnetfeld auf Grund einer nicht verschwindenden z-Komponente (senkrecht zur Probenoberfläche) der Magnetisierung während des Ummagnetisierungsprozesses zu einem ausgeprägten AHE. Durch Auswertung der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderungen mittels Ableitung konnte eine sehr genaue Bestimmung der Schaltfelder erfolgen. Mit Hilfe von sog. Minor-Loops wurde die Richtigkeit des Verfahrens bestätigt. Sowohl der GPHE als auch der AHE wurden aus den Messkurven extrahiert. Dieser Schritt ließ eine sehr genaue Interpretation des Ummagnetisierungsprozesses zu. Gestützt wurden die Transportergebnisse mit Hilfe von SQUID und FMR-Messungen. Neben der Temperaturabhängigkeit wurde auch der Einfluss der Schichtdicke auf die magnetischen Anisotropien von (311)A-(Ga,Mn)As untersucht.

Die Erkenntnisse aus den Anisotropieuntersuchungen zum (311)A-(Ga,Mn)As halfen in ersten Untersuchungen auch bei der Interpretation von Hallmessungen an (110)-(Ga,Mn)As. Mit Hilfe von Transport- und FMR-Daten konnte der B-feldabhängige Ummagnetisierungsvorgang erklärt werden. (110)-(Ga,Mn)As zeichnet sich bei T = 4,2 K durch eine rein kubische Anisotropie mit Lage der magnetisch leichten Achsen entlang der <100>-Richtungen aus.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

In recent years the in low temperatures ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As has gotten more and more into the focus of scientific interests. In the present work especially the magnetic anisotropies are concentrated upon.
The first trials of epitactical growth of thin (Ga,Mn)As layers were successful on (001) GaAs substrate (typical thickness 20 .. 200 nm). In 2003 the Giant Planar Hall effect (GPHE) was discovered by resistance measurements in Hall geometry (transverse resistance) with an applied in plane magnetic field. The spin orbit coupling is accountable for both GPHE and the long known anisotropic magneto resistance (AMR). The gradient of the Hall voltage is important for the description of the resetting of magnetization because the resistance depends on the angle between the magnetization and the current path.
This work presents results of anisotropy study on samples with a structure size in micro- and nanometer dimensions. The only a few hundred nanometer wide (Ga,Mn)As stripes were made by means of electron beam lithography and show strong additional uniaxiale magnetic anisotropy. The aspect ratio of the structure also influenced the resetting of magnetization. With the aid of compounding individual (Ga,Mn)As stripes (in a so-called zigzag structure) the evidence of a positive domain wall resistance in this material system could be shown.

The second part of this work presents studies of (Ga,Mn)As layers grown on (311)A GaAs substrate. Here the B-field dependent Hall resistance measurements showed anomalous magnetic anisotropy in variance to (001)-(Ga,Mn)As. The orientation of the magnetic easy axes of (311)A (Ga,Mn)As depends � in contrast to (001)-(Ga,Mn)As � on the thickness of the magnetic layer and is tilted outside the (311)A surface. By an in plane applied magnetic field the AHE was also observable by the resetting of magnetization based on a non evanescent z-component perpendicular to the surface of this. An exact determination of the switching fields could take place by derivation of the B-field dependent resistance changing. This method was confirmed with minor loops. The GPHE as well as the AHE was extracted from the measurements curves. This step allowed an excellent interpretation of the resetting of magnetization. More measurements with SQUID and FMR supported these transport experiments. In addition to temperature dependence the influence of the layer thickness to the magnetic anisotropy of (311)A-(Ga,Mn)As was examined.

The findings of these anisotropy studies of (311)A-(Ga,Mn)As were also very helpful in interpreting the Hall measurement on (110)-(Ga,Mn)As. With the help of transport- and FMR data the illustration of the B-field dependent resetting of the magnetization could take place. (110)-(Ga,Mn)As has an absolute magnetic cubic anisotropy at T = 4,2 K. The orientation of the magnetic easy axes are along <100>.

Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags

Downloadstatistik

Weitere Literatur (mittels CORE)

Details

Vorschau

Bibliographische Daten exportieren

Zusammenfassung (Deutsch)

Zusammenfassung (Deutsch)

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Downloadstatistik

Downloads

Weitere Literatur (mittels CORE)

Universitätsbibliothek