Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Theorie der spinpolarisierten Core-Level Spektroskopie für Photo- und Auger-Elektronen entwickelt, die die Berechung von Photoemissionsspektren (XPS) und Auger-Spektren (AES) komplexer einkristalliner Festkörper ermöglicht. Die Photoemissionstheorie basiert auf dem Einstufenmodell nach Pendry, stellt jedoch eine vollrelativistische Verallgemeinerung dar, mit der z.B. auch ferromagnetische Systeme untersucht werden können. Der implementierte Formalismus wird verwendet, um unterschiedliche Systeme zu untersuchen. Zunächst wird die Möglichkeit erörtert, Photoelektronenbeugung zu simulieren. Dies geschieht am Beispiel einer Ni100-Oberfläche. Weiterhin werden die verschiedenen Arten des magnetischen Dichroismus erörtert und am Beispiel von Fe-2p und Fe-3p XPS-Spektren diskutiert. Eine letzte Anwendung beschäftigt sich mit komplexeren, ferromagnetischen Strukturen, sogenannten Heusler-Legierungen. Bei den untersuchten Systemen handelt es sich um Mn-basierte Heusler-Legierungen, die einen ferromagnetischen Grundzustand besitzen. In diesen Systemen ist die Austauschaufspaltung in den Core Niveaus so groß, daß sie experimentell aufgelöst werden kann. Die entsprechenden Rechnungen zeigen eine starke Abhängigkeit der Spektrenform von der Richtung der magnetischen Feldachse. Sämtliche Rechungen werden mit experimentellen Daten verglichen und zeigen eine sehr gute Übereinstimmung. In einem zweiten Teil der Arbeit wird ein Formalismus zur Beschreibung des Auger-Prozesses entwickelt. Erste Anwendungen auf einfache Systeme (Pd, Cd, Ag) zeigen auch hier eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen.

The properties of RNiSb compounds were studied from various points of view: Magnetism, transport, electronic structure. The compounds with a light rare earth are metallic, while the cubic phases with a heavy rare earth element have the semi-Heusler structure and are narrow gap semiconductors. A giant magnetoresistance effect was found at low temperatures, the larger as the density of charge carriers is weak. It was explained by the polarisation of the impurity levels situated within the band gap of the semiconductor under the field of the magnetic moment of the 4f shell. The crystal field, as well as the magnetic order at low temperatures, were studied by neutron scattering and diffraction. Particular magnetic properties (absence of magnetic order in the Pr compound, antiferromagnetic structure in the second group, orientation of the moments) have been explained, at least qualitatively. CeNiSb is a Kondo-type compound with a Kondo temperature of about 8 K. Photoemission measurements have allowed to analyse the electronic structure in the valence band of these compounds, in agreement with band structure calculations. By resonant photoemission of TbNiSb and GdCu, different resonance channels have been resolved, which depend on the spin configuration of the excited states.

Die hier untersuchten Heusler Legierungen sind ternäre intermetallische Verbindungen mit der chemischen Formel X2YZ. Sie wurden schon 1903 von F. Heusler entdeckt und erfreuen sich aufgrund ihrer besonderen magnetischen und elektronischen Eigenschaften eines großen Interesses. Eigenschaften sind z. B. ein großer magneto-optischer Kerr Effekt oder das HMF (Halb-Metallisch-Ferromagnetische)-Verhalten einiger Heusler Legierungen. Aufgrund der großen Anzahl möglicher Heusler Legierungen beschränkt sich diese Arbeit auf die Legierungen, die als Y-Element das Mangan besitzen. Das Interessante an diesen Legierungen ist die Bildung von lokalen magnetischen Momenten an den einzelnen Atomen, wobei das größte Moment von ca. 4 Magneton Bohr am Manganatom selbst sitzt. Diese Heusler Legierungen werden oft als ideale Modellsubstanzen für die Ausbildung und Kopplung von lokalen Momenten angesehen. Trotz großer industrieller Anwendungsmöglichkeiten und langer intensiver experimenteller und theoretischer Untersuchungen ist es bisher nicht gelungen, ein geschlossenes Bild der elektronischen und magnetischen Eigenschaften zu erreichen. So ist die Untersuchung der Heusler Legierungen durch die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) in dieser Arbeit ein wichtiger Aspekt. Mit dieser etablierten und bewährten Untersuchungsmethode werden die elektronischen Zustände, die für ein physikalisches Verständnis der magnetischen Eigenschaften entscheidend sind, sowohl im Valenzband- als auch im Rumpfniveau-Bereich qualitativ und quantitativ untersucht. Die durch das Heusler-Projekt ermöglichte enge Zusammenarbeit mit der Theorie läßt durch Vergleiche der experimentellen Daten mit den Rechnungen eine detaillierte Interpretation der Ergebnisse zu. Obwohl XPS ein Methode zur Untersuchung der direkten elektronischen Eigenschaften ist, steht in diesen Messungen das magnetische Verhalten der Heusler Legierungen stark im Vordergrund. Dabei werden neue Erkenntnisse zur Interpretation der magnetischen Eigenschaften in XPS Spektren angewandt, die auf einer mikroskopischen Beschreibung des Magnetismus basieren. Desweiteren stehen Röntgenemissions-Spektren zur Verfügung, die eine Bestimmung der partiellen Zustandsdichten im Valenzband möglich machen. Um die magnetischen Eigenschaften auf mikroskopischer Ebene genauer zu untersuchen, werden MCD (Magnetic Circular Dichroism) Messungen durchgeführt. Dabei kann bei den Absorptionsmessungen auf ein bewährtes theoretisches Modell, den Summenregeln von Thole und Carra, zurückgegriffen werden, das auch schon bei ähnlich komplizierten Materialien Anwendung fand. Bei den Emissionsmessungen im weichen Röntgenlichtbereich hingegen liegt eine solche Theorie nicht vor, was einerseits die Interpretation schwierig machen andererseits neue Erkenntnisse bringen kann. Durch diese Kombination von neueren und etablierten einerseits und elektronischen und magnetischen Untersuchungsmethoden andererseits ist somit ein großer, für das physikalische Verständnis wichtiger Bereich der Heusler Legierungen abgedeckt.

In the last few years a renewed interest has reappeared in materials that were highly investigated in the 50s-70s, like manganese perovskites, spinel chalcogenides and vanadium oxides. The first two classes of materials are nowadays intensively studied due to the colossal magnetoresistance effect, which is the magnetoresistance associated with a ferromagnetic-paramagnetic transition. Vanadium oxides are known to form many compounds and most of them undergo metal-to-insulator phase transitions, with a high increase in the electrical conductivity (MIT). Many technological applications derive from the variation of the physical properties around the phase transition temperature. Although many efforts have been done in order to understand their electronic structures and to elucidate the MIT mechanisms, the vanadium oxides are still matter of debate in science.The present study has been performed in order to understand the electronic structure of these very intriguing materials. The role of different dopants that induce strong changes in the electronic and magnetic properties has been investigated making use of two spectroscopic techniques, namely X-ray photoelectron and X-ray emission spectroscopy.

The details of the interplay between the electronic structure and the magnetic properties of matter represent a state of the art challenge. In the present work spectroscopic investigations on the electronic structure of some interesting materials are presented. The achieved information has been used in order to answer specific questions related to the magnetic behavior of the investigated materials. For the transition metal dicyanamide compounds it is shown that the electronic states arising from carbon and nitrogen remain roughly unchanged for all compositions. A model for the magnetic superexchange interaction was proposed. In this model the geometry of the crystallographic structure accounts for a particular interaction pattern while the occupancy of the 3d transition metal band is the factor which triggers the changeover from antiferromagnetic to ferromagnetic interaction. In the case of six-membered ferric-wheel molecules the comparison between experimental and theoretical data issued estimations for the magnitude of magnetic exchange interactions. The information on the electronic structure of the LaNi5-xMex (Me=Cu, Al) allowed a better understanding of their magnetic behavior. The changes induced in the electronic structure of the parent compound by partial substitutions of nickel by copper or aluminum are discussed.

Oxidische Materialien bieten ein weites Spektrum an möglichen Anwendungen. Vor allem Isolatoren mit Perowskitstruktur eignen sich hervorragend für die optische Datenverarbeitung und -speicherung. Andere, leitende, Oxide können für die magnetische Datenspeicherung eingesetzt werden. Vorraussetzung für den praktischen Einsatz der Werkstoffe sind jedoch grundlegende Kenntnisse über deren mikroskopischen Eigenschaften und ablaufende Prozesse. Mittels Photoelektronen- und Röntgenspektroskopie können Aussagen über die elektronische Struktur getroffen werden. Die noch junge Methode der Fluoreszenz weicher Röntgenstrahlung (SXF) wurde zur Charakterisierung der elektronischen Struktur hinzugezogen. SXF-Messungen wurden an der Beamline 8.0.1 am ALS in Berkeley, Kalifornien, durchgeführt. An der Modellsubstanz MgO wurden Röntgenabsorptions- und Röntgenemissionsspektren an der Sauerstoffkante erstellt. Es zeigt sich eine hervorragende Übereinstimmung mit Modellrechnungen. Ein Bandmapping unter Ausnutzung von Resonanzphänomenen, ähnlich wie in Graphit, scheint jedoch nicht möglich zu sein. In TiO2 wurde das Ti 3d Niveau untersucht. Die Emissionsspetkren zeigen Verluststrukturen, deren Feinstruktur mit der berechneten rJDOS nachvollzogen werden konnte. In KNbO3 wurde der Beitrag der Nb 5p und O 2p-Zustandsdichte zum Valenzband untersucht. Es wurde versucht, die Anregungsenergieabhängigkeit der O 2p-Emissionsspektren mit der Bandstruktur in Verbindung zu bringen. In KTaO3 wurde erstmals der Ta 5d-pDOS-Anteil am Valenzband direkt nachgewiesen. Zudem weisen die anregungsenergieabhängigen Emissionsspektren Verluststrukturen auf, die auf eine O 2p-Ta 5d Interbandanregung schließen lassen. An Sr2FeMoO6 wurden erstmals XES-Messungen zur Bestimmung der elektronischen Struktur durchgeführt. Es zeigen sich hybridisierte O 2p-Mo 4d Zustände, die Leitungselektronen haben einen leichten Fe-Charakter. Eine gute Übereinstimmung mit Bandstrukturrechnungen wird beobachtet. Für photorefraktive Material Sn2P2S6 wurde die elektronische Struktur mittels XPS, XES und FP-LAW-Rechnungen detailliert bestimmt. An Fe-dotiertem Ba0.77Ca0.23TiO3 wurde mittels XPD unter erstmaliger Erstellung von Azimuthalspektren der Einbauplatz von Ca verifiziert und der Einbauplatz von Eisen bestimmt. Für beide Elemente ergibt sich ein vollständiger bzw. überwiegender Einbau auf dem Ba-Platz.

The presented thesis includes investigations to fully characterize the electronic structure and magnetic properties ofselected manganese containing high-spin molecules by means of various X-ray spectroscopic, magnetic and theoretical methods. The investigations on the Mn4 star-shaped molecule havelead to a number of interesting results. Magneto-chemical studies exhibit very weak exchange coupling constantsbetween the four Mn(II) ions, leading to complicated low lying states in which the ground state is not well separated, resulting from a dominant weak ferromagnetic coupling and a giant moment of up to 20 µB/f.u. XMCD measurements revealed that almost the completemagnetic moment is located around the Mn(II) ions.This is in agreement with only a few charge transfer states foundwithin the detailed X-ray absorption spectroscopic study. The electronic structure and detailed magnetic properties of the star-shaped heteronuclear CrIIIMnII3 complex have been precisely investigated.With XPS the homovalency of Mn and Cr have been verified. The XA-spectra of the manganese and chromium L edges were measured and compared to earlier investigated Mn4 spectra.The combination high-magnetic field magnetic measurements and element selective XMCD of Mn and Cr L edges and quantum model calculations lead to a complete analysis of the magnetic structure of the CrMn3 magnetic core. The III valence state of the manganese ions in MnIII6O2Salox has been verified. From X-ray diffraction, typical Jahn-Teller distorted oxygen octahedra have been found for Mn(III) ions. Comparisons of XPS and XAS spectra of the complex to corresponding spectraof maganite and tetranuclear manganese(II) cluster it was definitely possible to identify MnIII6O2Salox as a pure Mn(III) compound.

The aim of the present work was to develop a detailed picture of the electronic and magnetic properties of a number of interesting transition metal compounds. A number of complementary experimental and theoretical techniques have been applied, special emphasis was given to x-ray spectroscopies. The studies led to a number of results, and the following conclusions can be drawn: The influence of the magnetic ground state (high-spin (FeO) vs. low-spin (FeS2)) with respect to the recorded x-ray spectra was investigated. In particular, by performing RXES on the Fe L edge of the two compounds, very different ratios of La / Lβ integrated intensity for excitation energies close to the L2 edge have been observed. This effect has been explained in terms of the magnetic structure of FeO (high spin), which inhibits Coster-Kronig processes. Special attention has been given to the direct investigation of orbital ordering in a three dimensional CMR manganite, namely La7/8Sr1/8MnO3, by means of x-ray linear dichroism (XLD). We obtained, for the first time, rather strong indications that the coherently distorted Jahn-Teller phase in La7/8Sr1/8MnO3 is accompanied by a predominantly cross type (x2-z2) / (y2-z2) orbital ordering. In addition to manganites the double perovskite Sr2FeMoO6 the combined study by means of x-ray spectroscopies, magnetic measurements and theoretical band structure calculations could resolve some points discussed controversially in the literature. Both, paramagnetic measurements as well as core level spectroscopy of the Fe 2p, Fe 3s and the Mo 3d states suggest a mixed iron valence state involving around 30% Fe3+- Mo5+ and 70% Fe2+ - Mo6+ states in highly ordered Sr2FeMoO6. XPS valence band studies reveal that the Fe 3d states are not extremely localized, and we find evidence that charge transfer between Fe 3d and O 2p states plays an essential role.

The subject of this work subscribes to the international preoccupation regarding the elucidation of magnetic properties of solids. The crystallographic, electronic and magnetic structures of Al-Mn-Ni alloys and compounds have been investigated by X-ray diffraction, magnetization and magnetic susceptibility measurements, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and band structure calculations. The thesis is organized in 6 Chapters, followed by the summary. Chapter 1 contains a brief theoretical introduction into the magnetism of metallic systems, as well the principles of XPS. The sample preparation details and all the techniques employed in the characterization of the systems are described in Chapter 2. The next 4 Chapters contain the experimental results for Mn1-xAlxNi3, Mn1-xAlxNi, Ni1-xMnxAl, Ni0.7-xAlxMn0.3 systems.

Thin metallic films with magnetic properties like magnetite are an interesting material in current technological applications. In the presented work the iron oxide films are grown by molecular beam epitaxy on MgO(001) substrates at temperatures between room temperature and 600K. The film and surface structure are investigated by x-ray reflectometry (XRR), x-ray diffraction (XRD) and low energy electron diffraction (LEED). The chemical properties are investigated by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Furthermore, charge transfer multiplet (CTM) calculations are performed as a means to gain additional information from photoemission spectra. It is shown that only for temperatures higher than 500K the oxide film forms a spinel structure. A previously unobserved (2x1) surface reconstruction in two orthogonal domains is found for various preparation conditions. The application of CTMs results in good quantitative and qualitative agreement to other methods for the determination of the film stoichiometry. In addition CTMs can well describe the segregation of Mg atoms into the oxide film either during film growth or during film annealing. It is found that initially Mg substitutes Fe on all possible lattice sites, only for prolonged treatment at high temperature do Mg atoms favour the octahedral lattice sites of divalent Fe.