Die rasanten Fortschritte bei der Entwicklung neuartiger 2D-Materialien haben
in den letzten Jahren auch das Forschungsfeld der Spintronik stetig bereichert aufgrund
der vielseitigen physikalischen Eigenschaften und der Flexibilität hinsichtlich
der Realisierung von Heterostrukturen. Das erst kürzlich entdeckte metastabile und
geschichtete Material alpha-FeGe2 trägt das Potenzial, in die Klasse der bekannten 2D Materialien aufgenommen zu werden. In dieser Dissertation werden die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von alpha-FeGe2 diskutiert, basierend auf elektrischen Transportmessungen bei unterschiedlichen äußeren Magnetfeldern und Temperaturen. Zur Untersuchung von magnetoresistiven Effekten wurden Spinventilstrukturen mit alpha-FeGe2 als Trennmaterial zwischen zwei metallische Ferromagnete verwendet. Es wird gezeigt, dass alpha-FeGe2 eine dickenabhängige kritische Temperatur besitzt, die bei etwa 100 K liegt und mit einem magnetischen Phasenübergang von der antiferromagnetischen Phase für T > 100 K in die ferromagnetische Phase bei T < 100 K verknüpft ist. Dieser Phasenübergang wird von Berechnungen aus der Dichtefunktionaltheorie (DFT) gestützt. Es wird gezeigt, dass die magnetische Ordnung in der alpha-FeGe2-Trennschicht einen starken Einfluss auf die Spinventilsignale ausübt. Insbesondere spielt hierbei die Auswirkung auf die magnetische Interschichtkopllung zwischen den ferromagnetischen Elektroden aus Fe3Si oder Co2FeSi eine entscheidende Rolle. Die magnetische Kopplung an der Grenzfläche zwischen antiferromagnetischem alpha-FeGe2 und Fe3Si führt zu einer Anisotropie in den Spinventilsignalen hinsichtlich der Orientierung des externen Magnetfeldes. Diese Anisotropie wird durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen der Magnetisierung der ferromagnetischen Elektroden und der magnetischen Vorzugsrichtung des antiferromagnetischen alpha-FeGe2, die durch den sog. Néelvektor beschrieben wird, diskutiert. / The rapid progress in the development of new 2D materials have also enriched
spintronic research in recent years, thanks to their versatile physical properties and
flexibility with regard to the design of heterostructures. The prominent examples
graphene and transition metal dichalcogenides (TMDs) have the prospect to represent
the basis of future spintronic applications, in particular due to their tunability
and multifunctionality. The recently discovered metastable layered material alpha-FeGe2
is a potential candidate for being added to this class of materials. In this work,
the electrical and magnetic properties of alpha-FeGe2 are studied, based on results from
electrical transport measurements at different external magnetic fields and temperatures.
For the investigation of magnetoresistive effects, spin valve devices containing
alpha-FeGe2 as a spacer layer between two metallic ferromagnets have been utilized. It is
shown that alpha-FeGe2 exhibits a thickens dependent critical temperature around 100 K
at which it undergoes a magnetic phase transition from an antiferromagnetic state
at T > 100 K to a ferromagnetic state at T < 100 K. This phase transition is also
predicted by density functional theory (DFT) calculations and reflected in a disappearing
spin valve signal at low temperatures. It is demonstrated that the magnetic
phase of the alpha-FeGe2 spacer strongly influences the performance of spin valves, particularly via the impact on the magnetic interlayer coupling between the ferromagnetic
electrodes made of Fe3Si or Co2FeSi. The magnetic coupling at the interface
between antiferromagnetic alpha-FeGe2 and Fe3Si was found to induce anisotropies in
the spin valve signal with regard to the external magnetic field orientation. This
anisotropy is explained in terms of a complex interplay between the misalignment
between the ferromagnetic electrodes and the magnetically preferred direction of the
antiferromagentic alpha-FeGe2 described by the Néel vector.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/25916 |
| Date | 29 August 2022 |
| Creators | Czubak, Dietmar |
| Contributors | Engel-Herbert, Roman, Fischer, Saskia, Weiss, Dieter |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 4.0) Attribution 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Relation | 10.1103/PhysRevMaterials.4.104415 |
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