Spinelektronik auf der Basis magnetischer oxidischer Halbleiter

UHV-Anlage zur Herstellung und Charakterisierung der oxidischen Materialien.

Die Abbildungen zeigen den Vergleich des magnetischen Verhaltens von Sauerstoff-arm (a) und Sauerstoff-reich (b) hergestellten Zn_1-xCo_xO-Schichten. Die Präparationsparameter der Proben werden variiert, um die Konzentration an Sauerstoff-Fehlstellen beeinflussen zu können. Co-dotiertes ZnO, das über eine aussreichende Sauerstoff-Defektdichte verfügt, zeigt ferromagnetisches Verhalten (a).  Dieses kann mit dem Modell der »Gebunden Magnetischen Polaronen« beschrieben werden [1].

[1] Coey et al., Nature Mater. 4, 173 (2005)

Photolumineszenzmessungen an Co-dotierten ZnO-Proben zeigen eine grüne Bande um 2.5 eV, welche der Präsenz von Sauerstoff-Fehlstellen zugeordnet wird [2].

[2] Studenikin et al., J. Appl. Phys. 84, 2287 (1998)

Röntgenabsorptionsmessungen an verschieden präparierten Zn_1-xCo_xO-Proben an der Co-3d-Absorptionskante zeigen eine Feinstruktur zwischen 778 und 780 eV (a). Diese lässt Rückschlüsse auf die chemische Umgebung der Co-Atome in der ZnO-Matrix zu. Der Inset zeigt eine Photoemissionsmessung um die Co-2p-Linien. Die Ausbildung einer Satellitenstruktur ist ein Indiz für die Oxidation von Co [3].
Abbildung (b) und (c) zeigen die Resonante Photomessionsspektroskopie. Aus den Spektren lässt sich die partielle Zustandsdichte extrahieren. Co wird als Co²⁺ in tetraedrischer Umgebung von Sauerstoff an Zn-Gitterplätzen eingebaut. Der Ferromagnetismus der Co-dotierten ZnO-Proben ist auf tiefe Temperatur beschränkt und ist mit der Konzentration an Sauerstoff-Fehlstellen korreliert.

[3] Kobayashi et al., Phys. Rev. B 72, 201201(R) (2005)