Master- und Bachelorarbeiten

Im Folgenden werden ausgewählte mögliche Master- bzw. Bachelorarbeitsthemen vorgestellt. Diese Aufstellung ist jedoch nicht vollständig. Wenn Sie Interesse an einer Mitarbeit in unserer Arbeitsgruppe haben, kommen Sie einfach mal bei uns vorbei.

Untersuchung des Wachstumsverhalten organischer Moleküle auf metallischen Oberflächen mit Rastertunnelmikroskopie

Geeignete Kombinationen bestimmter organischer Moleküle führen zu Systemen mit metallischen Eigenschaften, wie z.B. elektrischer Leitfähigkeit oder gar Supraleitung. Durch eine gezielte Variation der Moleküle bietet sich eine Vielzahl an Möglichkeiten, die elektronischen Eigenschaften zu modifizieren und neue Verbindungen zu synthetisieren. Schon geringe Änderungen können dabei sehr großen Einfluss auf das physikalische Verhalten organischer Molekülsysteme haben.

Ein Beispiel solcher Molekülsysteme sind organische Ladungstransfersalze. Im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches (SFB/TR 49) wird in unsere Gruppe das Wachstumsverhalten auf metallischen Unterlagen und deren elektronische Struktur organischer Ladungstransfersalze mittels Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie untersucht. Dabei hat die metallische Unterlage Einfluss auf das Wachstum, und somit auch auf die elektronischen Eigenschaften.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll das Wachstum und die elektronische Struktur organischer Ladungstransfersalze auf verschieden metallischen Oberflächen untersucht und verglichen werden.

Organische Halbleiter auf ferromagnetischen Oberflächen

Eine weitere Klasse organischer Moleküle, sogenannte organische Halbleiter, ermöglichen eine Beeinflussung der effektiven Spinpolarisation magnetischer Oberflächen. Eine Erhöhung der Spinpolarisation ist dabei von großem Vorteil für die Entwicklung von Tunnelmagnetowiderstandselementen, wie sie unter anderem in Sensoren, Festplattenleseköpfen eingesetzt werden. Auch die Entwicklung von magnetischen Arbeitspeichermodulen für Computer (MRAM) basiert auf solchen Tunnelmagnetowiderstandselementen. In unserer Gruppe durchgeführte Untersuchungen von Kupfer-Phthalocyanin (CuPc), einem Molekül das bisher vor allem als Farbstoff verwendet wird (z.B. in Solarzellen), zeigen dass ein wesentlicher Anteil dieses Effektes auf die Entstehung sog. hybridisierter Grenzflächenzustände in der Zustandsdichte des auf der Oberfläche adsorbierten Moleküls zurückzuführen ist.

Für diese Untersuchungen wurde das Wachstum des Moleküls auf Eisen sowie seine Spin-transporteigenschaften mittels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie in Kombination mit spinpolarisierter Photoemmission (TU-Kaiserslautern, AG Aeschlimann) und theoretischen Rechnungen (Crann Institut, Dublin, Ireland, AG Sanvito) untersucht.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen weitere Moleküle auf ihre Spin-Transporteigenschaften hin untersucht werden.

Spinpolarisierte STM-Untersuchungen an ultradünnen magnetischen Schichten

Die Untersuchung des Spin-Reorientierungsübergangs (SRT) hat in der Vergangenheit wesentliche neue Erkenntnisse im Bereich des Dünnschichtmagnetismus gebracht. Zahlreiche Phänomene können aber bisher nur unzureichend erklärt werden. Für das Verständnis magnetischer Eigenschaften ist es unabdingbar, diese Eigenschaften auch in nanoskaligenSystemen zu untersuchen, in denen Morphologie und Struktur großen Einfluss aufmagnetisches Verhalten haben. Der SRT wurde bis jetzt im Wesentlichen mit lateral integrierenden Messmethoden untersucht. In dieser Masterarbeit wird spinaufgelöste Rastertunnelmikroskopie benutzt. Mit dieser Methode kann eine Auflösung im Bereich einzelner Atome erreicht werden. Es soll damit der schichtdickenabhängige und temperaturabhängige SRT in epitaktischen Fe/Mo(110) und Co/Mo(110) - Filmen untersucht werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf den temperaturabhängigen SRT gelegt, da die Temperatur im Gegensatz zur Schichtdicke kontinuierlich variiert werden kann. Ziel des Projekts ist es, ein mikroskopisches Verständnis des SRT zu gewinnen.

Untersuchung ultradünner Eisen-Vanadium-Legierungs-Schichten

Seit Beginn der modernen Speichertechnologie wurde immer wieder die Speicherung noch größerer Datenmengen auf immer kleiner werdenden Speichermedien ermöglicht.

Diese Erhöhung der Speicherdichte geht mit einer Miniaturisierung der datenspeichernden Bauteile einher. In diesem Zusammenhang sind Schlagworte wie Mikro- oder Nanotechnologie zu nennen, wobei die Eigenschaften von Nanostrukturen sich nicht einfach von den Eigenschaften entsprechender makroskopischer Strukturen ableiten lassen. So wird zum Beispiel in einer makroskopischen Legierung aus Eisen und Kobalt die Curie-Temperatur im Vergleich zu reinem Eisen erhöht, während die gleiche Legierung als atomare Monolage auf Wolfram(110) ein ganz anderes Verhalten zeigt, nämlich eine rapide Abnahme der Curie-Temperatur bei Zugabe von Kobalt ausgehend von reinem Eisen. Die Legierung aus Eisen und Chrom zeigt ein ähnliches Verhalten, jedoch bleibt bei einem geringen Chromanteil in der Legierung die Curietemperatur zunächst konstant. Eisen-Vanadium ist eine einzigartige ferromagnetische Legierung mit stark ausgeprägtem Streuverhalten und der kleinsten gemessenen magnetischen Dämpfung.

Die Schichten werden mittels Molekularstrahlepitaxie, d.h. durch Verdampfen der Metalle und Abscheiden auf einer Substratoberfläche, präpariert. Das Wachstum der Schichten, sowie die elektronischen Eigenschaften, werden mit Rastertunnelmikroskopie bzw. -spektroskopie und der Beugung niederenergetischer Elektronen untersucht.

Die magnetischen Eigenschaften der Legierungsschichten werden mittels Kerr-Magnetometrie untersucht. Dieses einfache Verfahren ermöglicht die Untersuchung bei unterschiedlichen angelegten äußeren Feldern sowie bei unterschiedlichen Temperaturen, wodurch es möglich ist, die Temperaturabhängigkeit wichtiger magnetischer Größen wie die Remanenz und die Sättigungsmagnetisierung zu bestimmen. Ein Ziel dieser Arbeit ist es dabei, die Abhängigkeit der Curie-Temperatur von Eisen-Vanadium-Legierungsmonolagen auf Wolfram(110) zu untersuchen.

Wachstum und magnetische Eigenschaften von MnBi-Filmen

Spin-basierte Elektronik (Spintronik) ist zurzeit ein heißes Thema in der Festkörperphysik, weil sie die Möglichkeit für eine neue Generation multifunktonaler elektronischer Bauteile ermöglicht, die die traditionelle Mikroelektronik mit spinabhängigen Phänomenen verbindet. Ideale Komponenten für solche Bauteile sind ferromagnetische Halbmetalle. Ferromagnetische Halbmetalle zeichnen sich dadurch aus, dass die Minoritätselektronen (spin down), ähnlich wie Halbleiter, eine Bandlücke an der Fermikante besitzen, während die Majoritätselektronen eine metallische Leitfähigkeit sicherstellen.

Neben der intensiven experimentellen Untersuchung der Heusler-Legierungen, für die dieses Verhalten vorausgesagt wurde, werden große Anstrengungen unternommen, um weitere Materialien mit halbmetallischen Eigenschaften zu finden. Epitaktisches Wachstum auf geeigneten Substraten eröffnet grundsätzlich neue Möglichkeiten, Materialien in Kristallstrukturen zu stabilisieren, die im Volumen metastabil sind. Nach theoretischen Vorhersagen ist MnBi in einer solchen metastabilen Struktur ein echtes ferromagnetisches Halbmetall. Neben der halbmetallischen Eigenschaften wird MnBi seit einiger Zeit als Speichermedium für magnetooptische Datenspeicher untersucht. Für Volumenproben aus MnBi wurde einer der größten Kerr-Effekte überhaupt gefunden. Versuche, dünne Schichten aus diesem Material auf SiO2-Substrate zu präparieren waren bisher nur eingeschränkt erfolgreich.

Aufgabe dieser Masterarbeit ist es, geeignete Präparationsparameter für das Wachstum epitaktischer MnBi - Schichten auf Wolfram zu finden. Die Charakterisierung struktureller und magnetischer Eigenschaften erfolgt mit Beugungsmethoden, wie Beugung mit langsamen Elektronen, (LEED), mit Rastertunnelmikroskopie und mit Hilfe von Kerr-Magnetometrie.

Weitere Informationen erhalten Sie bei:

Prof. Dr. Hans-Joachim Elmers

Institut für Physik der Universität Mainz
(3.Stock, Raum 03 623, Nordflügel)
Staudingerweg 7
55099 Mainz

E-Mail: elmers@uni-mainz.de

Telefon: +49 6131 39-24150