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• W615756089 abstract "Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Transport von spinpolarisierten Elektronen uber eine ideale Fe/GaAs-Grenzflache untersucht. Die aufgrund der Praparationsmethode entstehende naturliche Oxidschicht auf der GaAs-Barriere wurde mit einer Wasserstoffplasma-Vorbehandlung reduziert, um damit die Grenzflache bezuglich der Spininjektion zu optimieren. Auserdem wurde durch den Einsatz einer UHV-Transportkammer und bei mit Arsen abgedeckten Wafern eine epitaktische Fe-Schicht auf der Tunnelbarriere realisiert.Wird eine Vorbehandlung an beiden Grenzflachen von Fe/GaAs/Fe-Strukturen durchgefuhrt, so vergrosert sich der TMR-Effekt bei 4,2 K und 5 mV angelegter Spannung von ca. 1,3% auf etwa 5,6%. Im Julliere-Modell entspricht dies in etwa einer Verdopplung der Spinpolarisation auf 16,5%. An den beidseitig vorbehandelten Proben kann sogar bei Raumtemperatur noch ein ausgepragter TMR-Effekt von ca. 1,55% gemessen werden, was im Julliere-Modell einer Polarisation von ca. 8,8% entspricht. Eine Analyse der Temperaturabhangigkeit der Polarisation mit dem Modell von Shang ergibt, dass bei Proben ohne Vorbehandlung die starke Temperaturabhangigkeit der Grenzflachenmagnetisierung in erster Linie fur die Abnahme der Polarisation mit steigender Temperatur verantwortlich ist. Bei Proben mit Vorbehandlung spielt dagegen das Tunneln uber spinunabhangige Kanale eine wichtige Rolle. Wahrend sowohl Proben mit naturlicher Oxidschicht an den Grenzflachen als auch Proben mit Wasserstoffplasma-Vorbehandlung einen Ruckgang des TMR-Effekts mit steigender Spannung zeigen, ergibt sich bei den Proben mit einer epitaktischen Fe-Schicht ein deutlich verandertes Bild. Es hangt dabei nicht nur die Grose, sondern auch das Vorzeichen des TMR-Effekts von der am Tunnelkontakt angelegten Spannung ab. Es ergibt sich ein maximaler negativer TMR-Effekt von ca. -1,7% bei etwa 55 mV angelegter Spannung, der bei ca. �92 mV und +500 mV in einen positiven Effekt ubergeht. Durch eine Vorbehandlung der zweiten, oxidierten Grenzflache konnte der TMR-Effekt wiederum deutlich vergrosert werden auf ca. -4,2% bei 4,2 K und 55 mV ohne dabei den qualitativen Verlauf der Spannungsabhangigkeit des TMR-Effekts wesentlich zu beeinflussen. Es wird vermutet, dass fur den spannungsabhangigen Vorzeichenwechsel des TMR-Effekts sowohl Bandstruktureffekte, als auch die Abhangigkeit der Transmission vom k-Vektor bzw. von k|| der tunnelnden Elektronen eine Rolle spielen. Voraussetzung fur das Auftreten von Bandstruktureffekten und dem vollstandigen Erhalt von k|| wahrend des Tunnels ist ein epitaktisches System mit einer idealen Grenzflache.Durch ein Tempern der epitaktischen Fe-Schicht bei 150°C wird sowohl die Grose als auch der spannungsabhangige Verlauf des TMR-Effekts stark beeinflusst. Wahrend der negative TMR-Effekt etwas kleiner wird, ergibt sich mit maximal etwa 2,9% ein deutlich groserer positiver TMR-Effekt bei �100 mV. Allerdings ist der TMR-Effekt bei allen Proben kleiner als man von theoretischer Seite fur das epitaktische Fe/GaAs-System erwartet. Als mogliche Ursache werden Fe(GaAs)-Verbindungen diskutiert.Die dicke, mit Kobalt gepinnte, epitaktische Fe-Schicht zeigt eine vierzahlige magnetische Anisotropie, die sich in der Form der in unterschiedliche Richtungen gemessenen TMR-Kurven widerspiegelt. Durch richtungs- und spannungsabhangige Messungen wird gezeigt, dass der TMR-Effekt von einem zweiten Effekt uberlagert wird. Dieser wird Anhand von Proben mit nur einem magnetischen Kontakt als TAMR-Effekt identifiziert.Eine Variation des Magnetfelds in unterschiedliche Richtungen an Fe/GaAs/Au-Tunnelstrukturen fuhrt zu einem TMR-ahnlichen Signal. Dessen Ursache liegt in der magnetischen Anisotropie der epitaktischen Fe-Schicht und im TAMR-Effekt, bei dem der Tunnelwiderstand von der Magnetfeldrichtung eines in-plane Magnetfelds abhangt. Der TAMR-Effekt, der erstmals mit einem konventionellen Ferromagneten nachgewiesen werden konnte, zeigt eine uniaxiale Anisotropie. Bei einem Magnetfeld von 0,5 T ergibt sich bei 88 mV angelegter Spannung in die [110]-Richtung ein um maximal 0,4% groserer Widerstand als in die [-110]-Richtung. Auch fur den TAMR-Effekt zeigt sich fur dessen Grose und Vorzeichen eine Abhangigkeit von der angelegten Spannung. Als mogliche Ursache fur den TAMR-Effekt wird eine anisotrope Spin-Bahn-Kopplung wahrend des Tunnelprozesses diskutiert. Durch die Berucksichtigung der bekannten Dresselhaus-Spin-Bahn-Kopplung in der Barriere und einem phanomenologischem Bychkov-Rashba-Parameter alpha, mit dem die Spin-Bahn-Kopplung an der Fe/GaAs-Grenzflache berucksichtigt wird, konnen die Messkurven sehr gut gefittet werden. Die Spannungsabhangigkeit lasst sich in dem Modell mit einer Spannungsabhangigkeit von alpha erklaren. Anschaulich fuhrt die Kombination von Dresselhaus-SOI und Bychkov-Rashba-SOI zu einem effektiven Magnetfeld, dessen uniaxiale Anisotropie sich in der Transmissionswahrscheinlichkeit widerspiegelt und zum TAMR-Effekt fuhrt." @default.
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