The impact of atomic and electronic structure modifications on magnetoelastic coupling of epitaxial Fe films and Fe/Au/Fe trilayers investigated by stress measurements

Abstract

In dieser Arbeit wird eine optische Biegebalkenmethode eingesetzt, um Filmspannungen beim epitaktischen Wachstum von Atomlagen und magnetoelastische Spannungen von Nanometer-dünnen Filmen zu messen. In dieser Arbeit werden die ersten Messungen von Filmspannungen beim Abscheiden von Fe auf dem topologischen Isolator Bi2Se3(0001) vorgestellt. Ein neuer Ansatz zur Beeinflussung der magnetoelastischen Kopplung in dünnen Filmen durch Modifikation von Oberflächen und Grenzflächen durch Ionenbeschuss mit Edelgasen wird vorgestellt. Ein wichtiges Ergebnis meiner Arbeit ist die Entdeckung einer nicht-monotonen, fast oszillatorischen, Änderung der magnetoelastischen Kopplung in Fe- Atomlagen durch die Variation der Schichtdicke einer Au-Zwischenlage im System Fe/Au/Fe/Au(001). Das Ergebnis wird im Bild von Quantentrogzuständen in der Au- Zwischenschicht diskutiert. Diese Ergebnisse liefern neue und erste Einblicke in die Korrelation zwischen elektronischen Quantentrogzuständen und Magnetoelastizität auf der Nanoskala.

In this work I use an optical beam deflection technique to measure the stress during epitaxial growth of atomic layers and the magnetoelastic stress of nm thin films upon a magnetization reorientation. This thesis presents the first observation of stress change during deposition of a transition metal on the topological insulator Bi2Se3(0001). A novel approach to control the magnetoelastic coupling of a thin film by modifying its surface and interface structure by noble gas ion bombardment is presented. An important result of this thesis is discovery of a non-monotonic, almost oscillatory variation of magnetoelastic coupling in Fe films upon variation of the Au spacer layer thickness in the Fe/Au/Fe/Au(001) system. This result is discussed in view of quantum well states (QWS) in the Au spacer layer. These results provide new and first insights into the correlation between electronic confinement and magnetoelastic properties on the nanoscale.