Temperatur- und winkelabhängiger Magnetotransport in SrRuO3/SrIrO3 Heterostrukturen

  • Mittels einer in Eigenbau realisierten Metallorganischen Aerosol Depositions Anlage wurden Heterostrukturen der Perowskite SrRuO3 und SrIrO3 auf (001)c orientierten SrTiO3 Substrate gewachsen. Durch Röntgenbeugungsexperimente und Transmissionsmikroskopie-Aufnahmen wurde das phasenreine Wachstum der Dünnfilme überprüft, wogegen das Wachstum mit glatten Oberflächen durch Rasterkraftmikroskopie-Aufnahmen nachgewiesen wurde. Durch SQUID-Magnetometrie konnte eine bevorzugte Richtung der Magnetisierung senkrecht zur Probenoberfläche beobachtet werden, die auf eine leichte magnetische Achse mit out-of-plane Orientierung hindeutet. Gegenüber der ferromagnetischen Ordnungstemperatur TC=150K von epitaktisch verspannten SrRuO3 Dünnfilmen reduziert sich die Ordnungstemperatur der Heterostruktur [(SrRuO3)5/(SrIrO3)2]k mit abnehmender Anzahl an Wiederholungen der Bilagenstruktur (SrRuO3)5/(SrIrO3)2. Temperatur- und winkelabhängige Hall-Effekt Messungen zeigen neben dem normalen und anomalenMittels einer in Eigenbau realisierten Metallorganischen Aerosol Depositions Anlage wurden Heterostrukturen der Perowskite SrRuO3 und SrIrO3 auf (001)c orientierten SrTiO3 Substrate gewachsen. Durch Röntgenbeugungsexperimente und Transmissionsmikroskopie-Aufnahmen wurde das phasenreine Wachstum der Dünnfilme überprüft, wogegen das Wachstum mit glatten Oberflächen durch Rasterkraftmikroskopie-Aufnahmen nachgewiesen wurde. Durch SQUID-Magnetometrie konnte eine bevorzugte Richtung der Magnetisierung senkrecht zur Probenoberfläche beobachtet werden, die auf eine leichte magnetische Achse mit out-of-plane Orientierung hindeutet. Gegenüber der ferromagnetischen Ordnungstemperatur TC=150K von epitaktisch verspannten SrRuO3 Dünnfilmen reduziert sich die Ordnungstemperatur der Heterostruktur [(SrRuO3)5/(SrIrO3)2]k mit abnehmender Anzahl an Wiederholungen der Bilagenstruktur (SrRuO3)5/(SrIrO3)2. Temperatur- und winkelabhängige Hall-Effekt Messungen zeigen neben dem normalen und anomalen Hall-Effekt Anzeichen für einen zusätzlichen Beitrag, der als topologischer Hall-Effekt identifiziert wurde. Mit Hilfe dessen konnte die Bildung von Néel-Skyrmionen an der Grenzfläche zwischen SrRuO3 und SrIrO3 unterhalb von 80K beobachtet werden. Diese zeigen eine große Stabilität gegenüber einem aus der Probenoberfläche verdrehten Magnetfeld, aber keine Richtungsabhängigkeit der Magnetfeldrotation in Bezug zur Stromrichtung. Die Skyrmionenstabilität hängt dabei von der Temperatur- und Winkelabhängigkeit der beiden unabhängigen Beiträge zum anomalen Hall-Effekt ab, die ein deutlich unterscheidbares Schaltverhalten zeigen. Diese zwei unterschiedlichen Leitungskanäle tragen ebenfalls zum anisotropen Magnetwiderstand (AMR) bei, dessen qualitativer Verlauf der Temperatur- und Winkelabhängigkeit mittels einer aufgesetzten Modellfunktion beschrieben werden konnte. Die starke magnetische Anisotropie lies sich durch Drehungen der Magnetisierung aus der Probennormalen in die Filmebene senkrecht und parallel zum Strom bestimmen. Die magnetische leichte Achse ist dabei aus der Normalen heraus gedreht und richtet sich erst bei stärkeren Magnetfeldern entlang dieser aus.show moreshow less
  • By using a self-constructed metal-organic aerosol deposition chamber we have grown thin film heterostructures of the perovskites SrRuO3 and SrIrO3 on (001)c oriented SrTiO3 substrates. X-ray diffraction and transmission electron microscopy were used to check the phase purity of the heterostructures, whereas the growth of smooth surfaces was examined by atomic force microscopy. The orientation of an easier magnetization direction perpendicular to the film surface was found with SQUID magnetometry, indicating an easy-axis direction perpendicular to the surface. Compared to the ferromagnetic ordering temperature $TC=150K of epitaxially strained SrRuO3 thin films the ordering temperature of the heterostructure [(SrRuO3)5/(SrIrO3)2]k reduces with decreasing number of repetitions of the bilayer structure (SrRuO3)5/(SrIrO3)2. Temperature- and angle-dependent Hall effect measurement showing in addition to the ordinary and extraordinary Hall effect an additional contribution which wasBy using a self-constructed metal-organic aerosol deposition chamber we have grown thin film heterostructures of the perovskites SrRuO3 and SrIrO3 on (001)c oriented SrTiO3 substrates. X-ray diffraction and transmission electron microscopy were used to check the phase purity of the heterostructures, whereas the growth of smooth surfaces was examined by atomic force microscopy. The orientation of an easier magnetization direction perpendicular to the film surface was found with SQUID magnetometry, indicating an easy-axis direction perpendicular to the surface. Compared to the ferromagnetic ordering temperature $TC=150K of epitaxially strained SrRuO3 thin films the ordering temperature of the heterostructure [(SrRuO3)5/(SrIrO3)2]k reduces with decreasing number of repetitions of the bilayer structure (SrRuO3)5/(SrIrO3)2. Temperature- and angle-dependent Hall effect measurement showing in addition to the ordinary and extraordinary Hall effect an additional contribution which was identified as the topological Hall effect. The formation of Néel-type skyrmions at the interface between SrRuO3 and SrIrO3 below 80K could be deduced from this extra contribution. These show large stability against a magnetic field twisted out of the sample surface, but do not show any directional dependence of the magnetic field rotation in relation to the current direction. The skyrmion stability depends on the temperature- and field-dependence of the two independent contributions of the extraordinary Hall effect which show a clearly distinguishable switching behavior. These two independent channels contribute also to the anisotropic magnetoresistance (AMR). The temperature and angle-dependence of the AMR could be described in good aggreement with the model function setted up. Rotating the magnetic field from the out-of-plane direction parallel and perpendicular to the current demonstrate the strong magnetic anisotropy. The magnetic easy axis is rotated from the sample normal and turns towards the out-of-plane direction by applying stronger magnetic fields.show moreshow less

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Metadaten
Author:Sven Esser
URN:urn:nbn:de:bvb:384-opus4-880862
Frontdoor URLhttps://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/88086
Advisor:Philipp Gegenwart
Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Universität Augsburg
Granting Institution:Universität Augsburg, Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät
Date of final exam:2021/06/22
Release Date:2021/10/27
Tag:Skyrmionen; topologischer Hall-Effekt; Metallorganische Aerosol Deposition; anisotroper Magnetowiderstand
GND-Keyword:Heterostruktur; Epitaxie; Dünnschichttechnik; Hall-Effekt; Magnetowiderstand; Perowskit
Institutes:Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät
Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät / Institut für Physik
Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät / Institut für Physik / Lehrstuhl für Experimentalphysik VI
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Licence (German):Deutsches Urheberrecht