Aspekte der Anwendung niederenergetischer Myonen in der Festkörperphsik am Beispiel nanokristalliner Nickelschichten

Birke, Michael Georg

In dieser Arbeit werden Aspekte der Anwendung niederenergetischer Myonen in der Festkörperphysik vorgestellt. Während in der konventionellen Myonen-Spin-Relaxation (uSR) Myonen mit einer kinetischen Energie von mehreren MeV in die Probe implantiert werden, beträgt die kinetische Energie in einem Niederenergie-uSR-Experiment nur einige keV. Diese keV-Myonen haben eine wesentlich größere Flugzeit zwischen dem Startdetektor des Myonenspektrometers und der zu untersuchenden Probe. Dies bedingt unter anderem eine größere Unsicherheit in der Bestimmung des Implantationszeitpunktes sowie eine erhöhte Empfindlichkeit auf externe magnetische Felder in der Zeit vor der Implantation. Entsprechende Analyse- und Korrekturverfahren werden vorgestellt. Die Kenntnis der Eindringtiefe von keV-Myonen in dünne Filme und Vielfachschichten ist eine wichitge Grundvoraussetzung für die Vorbereitung, Durchführung und Analyse von myonenspektroskopischen Untersuchungen an solchen Systemen. Es werden Messungen zu Implantation niederenergetischer Myonen vorgestellt und mit Simulationsrechnungen verglichen. Als Anwendungsbeispiel der niederenergetischen uSR werden Streufelder eines dünnen Nickelfilms in einem Silbersubstrat untersucht. Werden Myonen unmittelbar hinter einer Nickelschicht in einem Silbersubstrat implantiert, besitzt das resultierende Feld am Myonenort eine Komponente, die von den ferromagnetischen Domänen des Nickels bestimmt wird. Anhand eines einfachen Modells können die Parameter der Myonenrelaxationsfunktionen in Zusammenhang mit der Temperaturabhängigkeit der Domänenmagnetisierung gebracht werden.

In this work aspects of the application of low energy muons in solid state physics are presented. In contrast to conventional muon spin spectroscopy (uSR), where muons with a kinetic energy with a kinetic energy of several MeV are implanted into a sample, in low energy uSR the kinetic energy of the muons is reduced to a few keV. Therefore the muons have an essentially higher time of flight between the start detector of the muon spectrometer and the sample. Among others this results in a bigger uncertainty in the determination of the time of implantation. Corresponding analysis and correction techniques are presented. The knowledge of the implantation depth of keV-muons in thin films and multilayers is an important prerequisite for the preparation, realization and analysis of muon spectroscopic experiments on such systems. Investigations on the implantation of low energy muons are presented and compared with computer simulations. As an application of low energy uSR the magnetic stray fields of a thin Ni-film are investigated. When the muons are implanted directly behind a nickel layer in a silver substrate, the resulting local field at the muon site has a strong component due to the ferromagnetic domains of the nickel. On the basis of a simple model the parameters of the muon relaxation functions are connected to the temperature dependence of the domain magnetization.

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Birke, Michael Georg: Aspekte der Anwendung niederenergetischer Myonen in der Festkörperphsik am Beispiel nanokristalliner Nickelschichten. 2004.

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