Für winkelaufgelöste Messungen mit langsamen Elektronen muß der Probenraum möglichst frei von elektromagnetischen Feldern sein. Neben der Abschirmung äußerer Magnetfelder durch die Metallkammer müssen alle am Kristallhalter verwendeten Materialien unmagnetisch sein. Zusätzlich müssen auch Streufelder der Probe vermieden werden. Bei Einkristallen mit kubischer Kristallsymmetrie verwendet man daher für Messungen mit spinpolarisierten Elektronen sogenannte Fensterrahmenkristalle [Don89, WiW52]. Der Fensterrahmen ist so geschnitten, daß die Schenkel entlang der leichtesten Magnetisierungsrichtungen verlaufen. Dadurch läßt sich bei remanenter Magnetisierung der magnetische Fluß schliessen, man erhält einen Zustand mit minimalem Streufeld. Dieses Verfahren kann jedoch bei einem uniaxialen Kristall wie Kobalt nicht angewendet werden und somit muß man das Streufeld auf andere Weise reduzieren. Es wurde daher die -Orientierung gewählt, so daß die leichte Magnetisierungsachse in der Oberfläche des Kristalls liegt. Der seitlich aus dem Kristall austretende Fluß wurde durch ein Weicheisenjoch kurzgeschlossen. Ein Spalt von ca. zwischen dem Weicheisenjoch und dem Kristall verhindert spannungsinduzierte Veränderungen der Kristallstruktur, die durch thermische Ausdehnung des Jochs beim Heizen auftreten könnten.
Mit Hilfe einer selbsttragenden Spule, die um das Weicheisenjoch gewickelt ist, wird der Kristall durch einen Strompuls (140 A, 1ms) remanent magnetisiert. Die verbleibenden Streufelder am Randspalt sind so gering, daß eine Winkelauflösung besser als 1.5 Grad möglich war (siehe Abschnitt 5.2.2). Die ganze Kristallaufhängung ist an einem mit Stickstoff kühlbarem Probenstab befestigt, der über einen Manipulator positioniert werden kann. Bei Stickstoffkühlung erreicht der Kristall Temperaturen von 120 K.
Abbildung 5.2:
Die Halterung des Kobaltkristalls in einem Weicheisenjoch.
Rechts: Frontalansicht; rechts unten: Zwischen Weicheisenjoch und Probe ist ein -Randspalt.
Links: Seitenansicht mit Rotationsachse in der Kristalloberfläche. Weitere Erläuterungen finden sich im Text.
Die Kenntnis über den Domänenzustand der Probe in Remanenz ist von Bedeutung, da die spinaufgelösten IPE-Messungen über ca. zwei Quadratmillimeter der Probenoberfläche integrieren. Deshalb wurde vor dem Einbau des Kristalls in die UHV-Kammer die Domänenstruktur mittels Kerrmikroskopie untersucht. Diese Messungen wurden nach Abschluß der IPE-Messungen wiederholt.
Abbildung: Kerrmikroskopische Aufnahme der
Co(10)-Oberfläche. Bild a und b zeigen nahezu vollständige
Magnetisierung entlang der beiden möglichen leichten
Magnetisierungsrichtungen . Bild c zeigt breite Streifendomänen entlang
der c-Achse bei . Die Bildausschnitte sind groß.
Ausschnitt d ist groß und zeigt den linken Kristallrand mit
Keil- und Streifendomänen entlang der (0001)-Richtung. Die Pfeile neben den Bildern geben die c-Achse an.
(In Zusammenarbeit mit E. Mentz).
Die Abbildung 5.3 zeigt Kerrmikroskop-Aufnahmen. Die Bilder a-c zeigen einen Ausschnitt von . Bild a und b zeigen den Kerrkontrast bei maximal remanenter Magnetisierung, die man durch einen Strompuls (Dauer ) erhält. Die leichteste Magnetisierungsachse (c-Achse) liegt hier entlang der Bilddiagonalen. Ausschnitt c zeigt breite Streifendomänen, wie sie typischerweise bei halber Stromstärke des Magnetisierungspulses auftreten. Bild d umfaßt einen Bereich von und zeigt den linken Randbereich des Kobaltkristalls bei maximal remanenter Magnetisierung. Die c-Achse liegt in diesem Bild in der Horizontalen. Hier erkennt man vom Rand ausgehende Keil- und Streifendomänen. Erstere enden nach ca. , während sich die Streifendomänen durch die ganze Oberfläche ziehen und somit die Magnetisierung auf reduzieren. Die effektive Magnetisierung wurde aus der Flächendifferenz der Domänen unterschiedlicher Magnetisierungsrichtungen bei maximal remanent magnetisierter Probe bestimmt. Die Bestimmung von wurde für beide Magnetisierungsrichtungen mehrmals wiederholt; der Fehler von ist kleiner als 2 %. Während der spinaufgelösten IPE wurde die Magnetisierung mit einem ,,konventionellen`` Kerraufbau in situ kontrolliert (siehe Abschnitt 3.6).