Einfluss der Materialeigenschaften auf den Ferromagnetismus von GaMnAs

Abstract

In den letzten Jahren hat sich ein neues Forschungsgebiet aus der Kombination von Elektronik und Magnetismus entwickelt, Spintronik genannt. Dies bedeutet die Steuerung nicht nur der Ladung, sondern auch des Spins von Ladungsträgern. Diese Möglichkeit erfordert die Entwicklung neuer Materialien. Ein vielversprechender Kandidat ist dabei der semimagnetische Halbleiter GaMnAs. Dieser ist kompatibel mit auf GaAs basierenden Bauteil-Technologien und ist bis zur Curie-Temperatur ferromagnetisch. In diesem Materialsystem ist Mn$^{2+}$ ein Akzeptor und die indirekte Kopplung zwischen den Ladungsträgern und den Mn-Ionen ist verantwortlich für das Auftreten des Ferromagnetismus. Das Materialsystem wird mittels Molekularstrahlepitaxie bei niedrigen Wachstumstemperaturen (LT-MBE) um 250 ° C hergestellt. Durch die niedrige Wachstumstemperatur bedingt wird allerdings eine große Anzahl unterschiedlicher kompensierender Defekte eingebaut. Diese Defekte verschlechtern sowohl die elektrischen als auch magnetischen Eigenschaften. Um die Curie-Temperatur, welche von der Ladungsträgerdichte und dem Mn-Gehalt abhängt, zu erhöhen ist ein grundlegendes Verständnis des Materialsystems vonnöten. Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von Wachstumstemperatur, Mn-Konzentration und Schichtdicke auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Dafür wurden Magnetisierungsmessungen mittels SQUID-Magnetometer und auch Transportmessungen bei Magnetfeldern bis zu einer Stärke von 15 T durchgeführt. Zusätzlich wurden ebenso diese Eigenschaften in getemperten Proben untersucht. Die genaue Bestimmung der Ladungsträgerdichte ist eine wichtiger Punkt für die Beurteilung des Materials. Durch den in magnetischen Materialien auftretenden anomalen Halleffekt lässt sich die Ladungsträgerdichte nicht direkt aus Hallmessungen bestimmen. In dieser Arbeit wird daher auch eine Methode vorgestellt, mit der diese mittels Kurvenanpassung aus den Hallkurven extrahiert werden kann.