Photoelektronenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kernziel des Projektes war die Schaffung der experimentellen Voraussetzungen, um - aufbauend auf den Arbeiten der Arbeitsgruppe über Heusler Verbindungen - neue Materialien mit elektronenspektroskopischen Methoden (ESCA, AES) zu untersuchen. Wissenschaftlicher Schwerpunkt dabei war das Design und die Synthese neuer Funktionsmaterialien und darauf aufbauend die Herstellung dünner Filme am Institut für Physik der Universität Mainz. Das beantragte ESCA LAB wurde als zentrales Gerät für die Forschung an hochkorrelierten Materialien, Materialien für thermoelektrische und photovoltaische Konverter, und Materialien für magnetoelektronische Anwendungen eingesetzt. Dazu wurde das ESCA LAB aufgebaut und anschließend wurde in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. G. Jakob (Institut für Physik) eine Anlage zur Herstellung dünner Filme aufgebaut und diese beiden Gerät wurden miteinander verbunden, um in-situ die frisch hergestellten Filme untersuchen zu können. Es wurden epitaktische Filme aus TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn hergestellt, sowie epitaktische Multilagen Schichtsysteme aus diesen beiden Heusler Materialien hergestellt. Durch weitere experimentell sehr aufwändigen Messungen der thermischen Leitfähigkeit konnte gezeigt werden, dass die thermische -1 -1 Leitfähigkeit der Multilagen-Systeme (0,73 Wm^-1K^-1) um ein Vielfaches kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit der „bulk“ Proben (5 Wm^-1K^-1) und halb so groß im Vergleich zu polykristallinen Filmen (1,3 Wm^- K^-1). Außerdem wurden verschiedene Proben (z.B. Ti0.9Sc0.1NiSn und NiMnSb) untersucht und charakterisiert und anschließend detaillierter am Synchrotron analysiert und die Symmetrie der Valenz-Zustände dieser Materialien anhand von linearem Dichroismus in winkelaufgelöster Photoemission untersucht. Es wurden mehrere komplizierte magnetische Schichtsysteme untersucht bei denen der Ferromagnet (FM) entweder oberhalb des Antiferromagneten (AFM) oder unterhalb des AFMs liegt. Diese magnetische Schichtsysteme wurden anschließend detailierter am Synchrotron analysiert und diese Materialien anhand von magnetischen Dichroismus in winkelaufgelöster Photoemission untersucht. Neben den vielen „Standard“ Messungen im Transmission Modus wurde auch der winkelaufgelöste Modus getestet. Zum Test wurde ein Gold (111) Einkristall eingebaut, ausgerichtet und XPD und ARPES Messungen durchgeführt. Gleichzeitig wurde die Kühlung des Manipulators getestet. Nach ca. 30min konnte eine Temperatur von T=120 K erreicht werden, bei der die Messungen dann durchgeführt wurden. Der Einkristall wurde am Maximum bei 125° ausgerichtet und es wurden ARPES am Valenzband durchgeführt. Die energetische Gesamtauflösung betrug 711 meV. Wegen der dreizähligen Symmetrieachse wurden 4 Aufnahmen in 30° Schritten gemacht. Das s-Band ist deutlich zu erkennen. Die Aufnahmen sind etwas “verschmiert“, da der Debye-Waller Faktor bei 120 K für eine scharfe Aufnahme noch nicht hinreichend hoch ist. Die Atome schwingen an ihren Gitterplätzen immer noch recht stark. Es wurden zahlreiche weitere Proben vermessen. Es wurde die elektronische Struktur neuer Funktionsmaterialien aus Heusler Verbindungen für die Magnetoelektronik, Thermoelektrik, Thermomagnetik, Photovoltaik, sowie magnetische ternäre Heusler Nanopartikel untersucht und analysiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- An Alternative Approach to Improve the Thermoelectric Properties of Half-Heusler Compounds. Journal of Electronic Materials 40 (2011) 702
B. Balke, J. Barth, M. Schwall, G. H. Fecher & C. Felser
- Anomalous transport properties of the halfmetallic ferromagnets Co2TiSi, Co2TiGe, and Co2TiSn. Phil Trans R Soc A 369 (2011) 3588
J. Barth, G.H. Fecher, B. Balke, T. Graf, A. Shkabko, A. Weidenkaff, P. Klaer, M. Kallmayer, H.-J. Elmers, H. Yoshikawa, S. Ueda, K. Kobayashi & C. Felser
- Disentangling the Mn moments on different sublattices in the halfmetallic ferrimagnet Mn3-xCoxGa. Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 212510
P. Klaer, C.A. Jenkins, V. Alijani, J. Winterlik, B. Balke, C. Felser & H.J. Elmers
- Electronic structure, hard X-ray photoemission, mechanical and transport properties of the half-metallic Heusler compound Co2MnGe. Phys. Rev. B 84 (2011) 155122
S. Ouardi, G. H. Fecher,B. Balke, A. Beleanu, X. Kozina, G. Stryganyuk, C. Felser, W. Klöß, H. Schrader, F. Bernardi, J. Morais, E. Ikenaga, Y. Yamashita, S. Ueda & K. Kobayashi
- Electronic, magnetic, and structural properties of the ferrimagnet Mn2CoSn. Phys. Rev. B 83 (2011) 174448
J. Winterlik, G. H. Fecher, B. Balke, T. Graf, V. Alijani, V. Ksenofontov, C. A. Jenkins, O. Meshcheriakova, C. Felser, G. Liu, S. Ueda, K. Kobayashi, T. Nakamura & M. Wojcik
- Element-specific magnetic moments and spin-resolved density of states in CoFeMnZ (Z = Al, Ga; Si, Ge). Phys. Rev. B 84 (2011) 144413
P. Klaer, B. Balke, V. Alijani, J. Winterlik, G. H. Fecher, C. Felser, and H. J. Elmers
- Epitaxial growth of TiNiSn thin films and superlattices. Thin solid films 520 (2011) 1010
T. Jäger, C. Mix, X. Kozina, J. Barth, B. Balke, C. Felser & G. Jakob
- Exploring the details of the martensite-austenite phase transition of the shape memory Heusler compound Mn2NiGa by hard X-ray photoelectron spectroscopy, magnetic and transport measurements. Appl. Phys. Lett., 98 (2011) 252501
C. G. F. Blum, S. Ouardi, G. H. Fecher, B. Balke, X. Kozina, G. Stryganyuk, S. Ueda, K. Kobayashi, C. Felser, S. Wurmehl & Bernd Büchner
- Magnetic dichroism in angle-resolved hard x-ray photoemission from buried layers. Phys. Rev. B 84 (2011) 054449
X. Kozina, G. H. Fecher, G. Stryganyuk, S. Ouardi, B. Balke, C.Felser, G. Schönhense, E. Ikenaga, T. Sugiyama, N. Kawamura, M. Suzuki, T. Taira, T. Uemura, M. Yamamoto, H. Sukegawa, W. Wang, K. Inomata & K. Kobayashi
- Niobium substitution in Zr0.5Hf0.5NiSn based Heusler compounds for high power factors. Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 042106
M. Schwall and B. Balke
- Quaternary Heusler Compounds without Inversion Symmetry: CoFe(1+x)Ti(1-x)Al and CoMn(1+x)V(1-x)Al. Eur. J. Inorg. Chem. 26 (2011) 3950
L. Basit, G. H. Fecher, S. Chadov, B. Balke & C. Felser
- Symmetry of valence states of Heusler compounds explored by linear dichroism in hard X-ray photoelectron spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 036402
S. Ouardi, G. H. Fecher, X. Kozina, G. Stryganyuk, B. Balke, C. Felser, E. Ikenaga, T. Sugiyama, N. Kawamura, M. Suzuki & K. Kobayashi
- Thermoelectric Properties of Spark Plasma Sintered Composites Based on TiNiSn Half Heusler Alloys. Journal of Materials Research 26 (2011) 1919
Y. Gelbstein, N. Tal, A. Yarmek, Y. Rosenberg, M. Dariel, S. Ouardi, B. Balke, C. Felser & M. Köhne
- Electronic structure and optical, mechanical, and transport properties of the pure, electron-doped, and hole-doped Heusler compound CoTiSb. Phys. Rev. B 86 (2012) 045116
S. Ouardi, G. H. Fecher, C. Felser, M. Schwall, S. S. Naghavi, A. Gloskovskii, B. Balke, J. Hamrle, K. Postava, J. Pistora, S. Ueda, and K. Kobayashi
- Hard x-ray photoelectron spectroscopy of chalcopyrite solar cell components. Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 092108
A. Gloskovskii, C. A. Jenkins, S. Ouardi, B. Balke, G. H. Fecher, X.-F. Dai, T. Gruhn, B. Johnson, I. Lauermann, R. Caballero, C. A. Kaufmann, & C. Felser
- Hard x-ray photoemission spectroscopy of Bi2S3 thin films. J. Appl. Phys. 112 (2012) 053705
S. ten Haaf, B. Balke, C. Felser, and G. Jakob
- Structural and magnetic properties of Fe2CoGa Heusler nanoparticles. J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 295001
C. Wang, F. Casper, T. Gasi, V. Ksenofontov, B. Balke, G. H. Fecher, C. Felser, Y.-K. Hwu, and J.-J. Lee
- Thermomagnetic properties improved by self-organized flower-like phase separation of ferromagnetic Co2Dy0.5Mn0.5Sn. Advanced Functional Materials, 22 (2012) 1822
M. Schwall, L. M. Schoop, S. Ouardi, B. Balke, C. Felser, P. Klaer, & H.-J. Elmers
