Erforschung von anpassbaren Magnet/Supraleiter-Hybridquantensystemen mittels spinpolarisierter Niedrigenergie-Elektronenmikroskopie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die spinpolarisierte Elektronenmikroskopie mit niedriger Energie (SPLEEM) ist eine Bildgebungstechnik, die im letzten Jahrzehnt mit großem Erfolg zur Untersuchung von Spintexturen im Nanometermaßstab in magnetischen Dünnfilmen und Mehrfachschichten eingesetzt wurde. SPLEEM ist eine experimentelle Technik, die die Abbildung der vollständigen dreidimensionalen (3D) Spintextur magnetischer Dünnfilme ermöglicht. Da SPLEEM auf der unterschiedlichen Wahrscheinlichkeit der Rückstreuung spinpolarisierter Elektronen beruht, müssen die abgebildeten magnetischen Filme eine hohe kristallografische Ordnung aufweisen. Dies macht SPLEEM zu einer einzigartigen Mikroskopietechnik zur Untersuchung epitaktischer magnetischer Dünnfilme und Mehrfachschichten, die auf Einkristallsubstraten gewachsen sind, und die eine nanometrische räumliche Auflösung mit 3D-Spinmapping kombiniert. Der Umfang dieses Projekts war zweifach: 1. die Entdeckung von Magnet-Supraleiter- Hybridsystemen mit nichtkollinearen Spintexturen; 2. die Untersuchung des Einflusses des supraleitenden Phasenübergangs auf den magnetischen Grundzustand des Hybridsystems. Magnet-Supraleiter-Hybridsysteme (MSHs) sind Heterostrukturen, bei denen magnetische Dünnfilme und Mehrfachschichten in unmittelbarer Nähe zu einem supraleitenden Substrat liegen. In diesem Projekt war Niob (Nb) der Supraleiter der Wahl, da es der elementare Supraleiter mit der höchsten kritischen Temperatur ist, TC = 9.2 K. Angesichts des Interesses an der Untersuchung von MSHs bei Raumtemperatur sowie bei niedrigen Temperaturen beschlossen wir, unsere Experimente am Niedertemperatur- SPLEEM des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in Berkeley, Kalifornien, durchzuführen. Dabei handelt es sich um ein mit einem Durchflusskryostaten ausgestattetes Mikroskop, das prinzipiell bei Temperaturen von nur 7-8 K arbeiten kann. Wir hofften, die hergestellten MSHs sowohl bei T > TC als auch bei T < TC untersuchen zu können. Während der beiden Versuchssitzungen am LBNL – die jeweils zwei Wochen dauerten – gelang es uns, ein Rezept für das Wachstum einer epitaktischen magnetischen Mehrfachschicht auf der sauerstoffrekonstruierten Oberfläche eines Nb(110)-Einkristalls zu entwickeln. Die hergestellte [Ni/Co]n-Mehrfachschicht wurde so konstruiert, dass sie einen magnetischen Grundzustand mit Out-of-Plane-Anisotropie aufweist. Der Effekt des Übergangs in die supraleitende Phase wurde jedoch nicht untersucht, da das SPLEEM- System noch nicht in der Lage ist, Temperaturen unter dem TC der Nb-Kristalle zu erreichen.
