Magnetische Austauschkraftmikroskopie

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Die vorliegende Arbeit behandelt die erstmalige, eindeutige, experimentelle Realisierung der magnetischen Austauschkraftmikroskopie (MAKM). Die MAKM basiert auf der Rasterkraftmikroskopie (hier im dynamischen Nichtkontaktmodus) und erlaubt die atomar aufgel鰏te, spinsensitive Abbildung von Oberfl鋍hen, unabh鋘gig von deren elektrischer Leitf鋒igkeit, durch Messung der kurzreichweitigen magnetischen Austauschkr鋐te zwischen den Spins des vordersten Atoms der Messsonde und dem darunterliegenden Probenatom. Im ersten Teil der Arbeit wird das generelle Konzept der magnetischen Austauschkraftmikroskopie erkl鋜t und es werden die experimentellen Anforderungen diskutiert. Au遝rdem wird ausf黨rlich auf Techniken zur Pr鋚aration und Charakterisierung der verwendeten Messsonden und der Proben eingegangen. Die Messergebnisse werden im zweiten Teil der Arbeit vorgestellt. In einem Magnetfeld mit einer Flussdichte von 5 T wurden Messungen bei einer Temperatur von 8 K durchgef黨rt, bei denen mit Hilfe einer eisenbeschichteten Messsonde simultan die chemische (1�- und die magnetische (2�-Oberfl鋍heneinheitszelle der (001)-Oberfl鋍he des antiferromagnetischen Isolators NiO abgebildet werden konnte. Der magnetische Kontrast ist dabei sowohl im Topographie- als auch im Dissipationskanal sichtbar. In manchen der auf diese Weise gemessenen Bilder treten diskrete 膎derungen im magnetischen Kontrast auf, die mit Umkonfigurationen des vordersten Spitzenendes erkl鋜bar sind. Au遝rdem wurden mit nickel- bzw. gadoliniumbedampften Messsonden auf der NiO(001)-Oberfl鋍he sowie mit eisenbedampften Messsonden auf der MnO(001)-Oberfl鋍he Messungen im Magnetfeld durchgef黨rt, bei denen die atomar aufgel鰏te Abbildung der chemischen Einheitszelle gelang, eine magnetische Abbildung jedoch nicht m鰃lich war. Bei weiteren Messungen wurde mittels atomar aufgel鰏ter Rasterkraftspektroskopie mit einer nickelbeschichteten Messsonde ein Spektroskopiefeld aus 64� Kurven auf der NiO(001)-Oberfl鋍he aufgenommen. Durch eine Optimierung der Messparameter und aufgrund der gro遝n Stabilit鋞 des verwendeten Mikroskops gelang es, eine praktisch driftfreie Messung durchzuf黨ren. Allerdings war es nicht m鰃lich, in diesem Messmodus magnetische Aufl鰏ung zu erzielen. Jedoch konnten aus den Messdaten das Wechselwirkungspotential, die Kraft, sowie die dissipierte Energie zwischen Spitze und Probe mit hoher r鋟mlicher Aufl鰏ung rekonstruiert werden. Bei der Analyse der Spektroskopiefelder lag das Hauptaugenmerk nicht wie 黚lich auf den Eigenschaften der Probe, sondern es wurde die Wechselwirkung der Spitze mit der symmetrischen (001)-Oberfl鋍he der Probe ausgenutzt, um Aussagen bez黦lich der Struktur und der Relaxationseffekte der vordersten Spitzenatome zu machen.