Spin Polarisation in Heusler alloy based spintronics systems probed by SPINHAXPES
Final Report Abstract
Ein wesentliches Ziel des Projektes war die Einbindung von Temperatureinflüssen bei der Berechnung von winkelaufgelösten Photoemissions- bzw. ARPES-Spektren. Durch Anwendung des Legierungsanalogiemodells konnte dies inzwischen bzgl. der thermischen Gitterschwingungen erreicht werden, wobei die Gitterauslenkungen über das Debye-Modell festgelegt werden und die notwendige Konfigurationsmittelung über die CPA gemacht wird. Für unmagnetische Festkörper werden auf diesem Wege Temperatureinflüsse sehr zufriedenstellend beschrieben. Zur Berücksichtigung thermischer Spinfluktuationen wurden eine Reihe von Entwicklungen durchgeführt. Der klassische Heisenberg-Hamiltonian, der üblicherweise die Grundlage für Monte-Carlo (MC) Simulationen liefert, wurde modifiziert um induzierte magnetische Momente konsistent zu berücksichtigen. Dies erlaubte die zuverlässige Berechnung der CurieTemperatur von Legierungen wie z.B. CoxPt1-x. Als alternative Behandlung der Magnetisierung von ungeordneten Legierungen wurde eine entsprechende Methode zur Berechnung der Dispersionsrelationen von Spinspiralen auf der Grundlage der KKR-Bandstrukturmethode ausgearbeitet und umgesetzt. Schließlich wurde ein Verfahren entwickelt, das es problemlos erlaubt Spinkonfigurationen aus MC-Simulationen auf Elektronenstrukturrechnungen zu übertragen. Anhand entsprechender Ergebnisse für den temperaturabhängigen Widerstand ferromagnetischer Metalle konnte die Leistungsfähigkeit des Verfahrens demonstriert werden, das in einem nächsten Schritt bei ARPES-Rechnungen eingesetzt werden soll. Weitere Entwicklungen und Anwendungen betrafen die Erweiterung des Einschrittmodells zur Anwendung auf die spin- und winkelaufgelöste Photoemission bei hohen Photonenenergien im weichen und harten Röntgenbereich (SPIN-HAXPES). Dies beinhaltete u.a. die Berechnung von Matrixelementen für hohe Photonenenergien (im keV-Bereich), die Berücksichtigung des Photonenimpulses sowie die Behandlung der Vielfachstreuung bei hohen Energien. Erste Anwendungen erfolgten u.a. für W und GaAs, wobei mit den experimentellen Partnern winkelaufgelöste HAXPES (HARPES) erstmals erfolgreich demonstriert werden konnte. Weitere Anwendungen erfolgten u.a. für Heusler-artige FexSi1-x-Legierungen und den verdünnten magnetischen Halbleiter Ga1-xMnxAs, wobei die erhöhte Volumensensitivitat von HARPES ausgenutzt werden konnte. Ein weiterer Aspekt der Zielsetzungen des Projektes war die Untersuchung von Grenzschichten mittels der Technik der stehenden Wellen (SW), die sich mit ARPES zur SWARPES kombinieren läßt. Gemeinsam mit einer experimentell arbeitenden Gruppe wurde diese neue Technik zur Untersuchung der Grenzfläche des Systems La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 eingesetzt, wobei tiefen-und impulsaufgelöste Abbildungen der Mn-Zustände erhalten wurden. Die erfolgte Erweiterung des Spin-Dichtematrixformalismus bei der Berechnung der Spinpolarisation des Photostromes wurde schliesslich bei Untersuchungen der d-artigen Oberflächenresonanzen von W(110), die ein Rashba-artiges Verhalten zeigen, eingesetzt.
Publications
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Electronic structure calculations in ordered and disordered solids with spiral magnetic order. Phys. Rev. B 83, 144401 (2011)
S. Mankovsky, G. H. Fecher und H. Ebert
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Probing Bulk Electronic Structure with Hard-X-Ray Angle-Resolved Photoemission: W and GaAs. Nature Materials 10, 759 (2011)
A. X. Gray, C. Papp, S. Ueda, B. Balke, Y. Yamashita, L. Plucinski, J. Minár, J. Braun, E. R. Ylvisaker, C. M. Schneider, W. E. Pickett, H. Ebert, K. Kobayashi und C. S. Fadley
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Bulk electronic structure of the diluted magnetic semiconductor Ga1−x Mnx As through hard x-ray angle resolved photoemission. Nature Materials 11, 957 (2012)
A. X. Gray, J. Min´r, S. Ueda, P. R. Stone, Y. Yamashita, J. Fujii, J. Braun, L. Plucinski, C. M. Schneider, G. Panaccione, H. Ebert, O. D. Dubon, K. Kobayashi und C. S. Fadley
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Momentum-resolved electronic structure at a buried interface from soft X-ray standing-wave angleresolved photoemission. Europhys. Lett. 104, 17004 (2013)
A. X. Gray, J. Minr, L. Plucinski, M. Huijben, A. Bostwick, E. Rotenberg, S. Yang, J. Braun, A. Winkelmann, G. Conti, D. Eiteneer, A. Rattanachata, A. A. Greer, J. Ciston, C. Ophus, G. Rijnders, D. H. A. Blank, D. Doennig, R. Pentcheva, J. B. Kortright, C. M. Schneider, H. Ebert und C. S. Fadley
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Direct observation of half-metallicity in the Heusler compound Co2 MnSi. Nat Commun 5, 3974 (2014)
M. Jourdan, J. Minár, J. Braun, A. Kronenberg, S. Chadov, B. Balke, A. Gloskovskii, M. Kolbe, H. Elmers, G. Schönhense, H. Ebert, C. Felser und M. Kläui
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Exceptional behavior of d-like surface resonances on W(110): the onestep model in its density matrix formulation. New Journal of Physics 16, 015005 (2014)
J. Braun, K. Miyamoto, A. Kimura, T. Okuda, M. Donath, H. Ebert und J. Minár
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One step model description of HARPES: inclusion of disorder and temperature effects. In: Woicik J. (eds) Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES) pp 159-174. (Springer Series in Surface Sciences, vol 59) Springer, Cham, 2016. - 978-3-319-24041-1
J. Braun, H. Ebert und J. Minár
