Magnetische Eigenschaften kleiner Chrom- und Gadoliniumcluster, deponiert auf magnetischen Substraten

Abstract

Kleine, auf magnetischen Substraten deponierte Cluster weisen ein komplexes magnetisches Verhalten auf. Parameter, die für die beobachteten magnetischen Eigenschaften wesentlich sind, sind die Clustergröße, die Cluster-Substrat-Wechselwirkung sowie der Grad der Lokalisierung der den Magnetismus tragenden Elektronen.

In der vorliegenden Arbeit wurden auf magnetischen Fe/Cu(100) und Ni/Cu(100) Substraten deponierte Chromcluster sowie auf Fe/Cu(100) Substraten deponierte Gadoliniumcluster untersucht. Die magnetischen Eigenschaften dieser Cluster wurden mit Hilfe des zirkularen magnetischen Röntgendichroismus (XMCD) untersucht.

Deponierte Chromcluster, ein Beispiel delokalisierter Elektronensysteme, weisen eine starke Abhängigkeit der beobachteten magnetischen Eigenschaften von der Clustergröße sowie von der Cluster-Substrat-Wechselwirkung auf. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den Ergebnissen von Rechnungen lässt auf eine nichtkollineare Kopplung der magnetischen Momente auf atomarer Ebene schließen, welche ihre Ursache in dem Wechselspiel zwischen antiferromagnetischer Ordnung und magnetischer Frustration hat.

Kleine Gadolinium- und Gadoliniumoxidcluster zeigen hingegen aufgrund der starken Lokalisierung der den Magnetismus tragenden Elektronen von der Clustergröße und der Cluster-Substrat-Wechselwirkung vergleichsweise unabhängige magnetische Eigenschaften.

Small, on magnetic substrates deposited clusters show a complex magnetic behavior. The intrinsic parameters of the measured magnetic properties are the cluster size, the cluster-substrate-interaction as well as the degree of localization of the electrons, being responsible for the observed magnetic properties.

In the present thesis, Chromium clusters deposited on magnetic Fe/Cu(100) and Ni/Cu(100) substrates as well as Gadolinium and Gadolinium oxide clusters deposited on magnetic Fe/Cu(100) substrates have been investigated. The magnetic properties have been determined using x-ray magnetic circular dichroism (XMCD).

Deposited Chromium clusters, which are an example for delocalized electron systems, show a strong dependence of the observed magnetic properties of the cluster size as well as of the cluster-substrate-interaction. The comparison of the experimental results with the results of calculations show that the magnetic properties can be described by a non-collinear coupling of the local magnetic moments. The origin of the non-collinear magnetic coupling is related to the interplay between antiferromagnetic coupling and magnetic frustration.

Small Gadolinium and Gadolinium oxide clusters show a different magnetic behavior. Due to the strong localization of the electrons carrying the magnetism, the magnetic properties of these clusters are comparably independent of the cluster size and the cluster-substrate-interaction.