Ab-initio studies of the magnetic properties of the 3d transition-metal oxides and their surfaces = Ab-initio-Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften der 3d-Übergansmetalloxide und deren Oberflächen

摘要

Mit Hilfe von Ab-initio-Rechnungen wurden verschiedene physikalische Eigenschaften der 3d-Übergangsmetalloxide (TMOs) und ihrer Oberflächen untersucht. Dabei wurden die Spin-Bahn-Kopplung selbst-konsistent sowie die transversale Elektron-Elektron-Wechselwirkung, beschrieben durch einen magnetischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungsterm, als Störung berücksichtigt. Als Konsequenz daraus müssen die Möglichkeit nicht-kollinearer Spins sowie ein Bruch der rhomboedrischen Symmetrie der TMO-Kristalle mit antiferromagnetischer Ordnung AFM II zugelassen werden. Erstmalig konnte die räumliche Orientierung der lokalen magnetischen Momente der TM-Ionen mit Ab-initio-Methoden berechnet werden. Es wurde gezeigt, dass es eine enge Beziehung zwischen der Orientierung der lokalen magnetischen Momente und anderen physikalischen Eigenschaften, z.B. der Störung Kristallstruktur oder der Anisotropie des dielektrischen Tensors, gibt. Dies ist insbesondere für FeO und CoO der Fall. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde vorgeschlagen die Orientierung der lokalen magentischen Momente in FeO mit Hilfe der Reflexionsanisotropie-Spektroskopie zu bestimmen. Aufgrund des Symmetriebruches an der TMO(001)-Oberfläche ändert sich nicht nur der Betrag der lokalen magentischen Momente der TM-Ionen in der Oberflächenschicht, sondern im Falle der FeO(001)-Oberfläche erfolgt auch eine Neuausrichtung relativ zu den tiefer liegenden Schichten. Zur Untersuchung verschiedener magnetischer Rastersondenmikroskopie-Methoden wurden (SP-)STM- und MExFM-Bilder für die TMO(001)-Oberflächen berechnet. Für beide Verfahren wurden Vorhersagen für zukünftige Experimente gemacht.