Dispersionsrelasjonen til magnoner i ultratynne Co filmer grodd på Ir(111)

Abstract

I denne masteroppgaven har de magnetiske egenskapene til en 1.6 ML Co film, grodd på et Ir(111) substrat, blitt undersøkt ved hjelp av spin-polarisert elektron energitap spektroskopi (SPEELS). To magnon-eksitasjonstopper ble identifisert. Dispersjonsrelasjonen ble målt i Gamma-K-retningen langs overflatens Brillouin sone. Det ble fastslått at de to eksitasjonstoppene ble stammer fra en kompleks overflate med områder bestående av tre atomiske monolag. Det ble funnet at den første magnon-eksitasjonstoppen stammer fra magnonmoden med kvantenummer n=0 for en trelags-struktur (atomiske monolag). Den andre magnon-eksitasjonstoppen kan enten komme fra magnonmoden med kvantenummer n=0 for en tolags-struktur, eller fra n=1 moden til en trelags-struktur. Det ble konkludert med at Co filmen gror på en Vollmer-Weber måte. Målinger har blitt gjennomført med mål om å kunne kvantifisere effektene av DM-interaksjonen på dispersjonsrelasjonen til magnonene. En liten effekt kunne observeres, men denne lot seg ikke kvantifisere grunnet usikkerheten i målingene. Vekslingskonstantene til systemet ble estimert til å være Ji = 4,8 meV, Jm = 6 meV and Js = 8,2 meV, hvor Ji, Jm og Js representerer veksling i samme lag for grense-, midt- og overflatelaget. For veksling mellom forskjellige lag ble vekslingskonstanten estimert til å være J = 5,2 meV for veksling mellom grense- og midtlaget, og J = 11,8 meV for veksling mellom midt- og overflatelaget.

In this work the magnetic properties of a 1.6 ML Co film grown on an Ir(111) substrate were investigated using spin-polarized electron energy loss spectroscopy (SPEELS). Two magnon excitation peaks were identified, and their dispersion relation was measured along the Gammabar-Kbar-direction of the surface Brillouin zone. A careful analysis of the two magnon peaks revealed that they originate from a complex surface with trilayer patches. The first excitation peak was identified to originate from the n = 0 magnon mode of a trilayer structure. The second excitation peak could either originate from the n = 0 magnon mode of bilayer patches, or from the n = 1 magnon mode of trilayer patches. It was concluded that the Co film grows in a Vollmer-Weber manner. Measurements have been conducted with the aim to quantify the effects of the DM-interaction on the magnon dispersion relation. Our measurements showed a slight effect, but the broadening of the magnon peaks made it hard to quantify this interaction. The system has successfully been modelled by first-principles calculations, taking into account the correlation effects. The exchange constants were estimated to be Ji = 4,8 meV, Jm = 6 meV and Js = 8,2 meV, where Ji, Jm and Js represent the values of the intralayer exchange constants in the interface, middle and surface layer, respectively. For interlayer exchange, the exchange constants were estimated to be J = 5,2 meV for exchange between the interface and middle layer, and J = 11,8 meV for exchange between the middle and surface layer.