Rozprawa doktorska opisuje badania nad strukturą i właściwościami magnetycznymi układów złożonych z ultracienkich warstw Fe i MgO: subnanometrowych warstw Fe w układzie MgO/Fe/MgO, trójwarstw Fe/MgO/Fe i wielowarstw Fe/MgO. Badane układy zostały wytworzone w warunkach ultra wysokiej próżni (UHV) metodą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) na monokrystalicznych podłożach MgO(001). Strukturę powierzchni warstw scharakteryzowano za pomocą dyfrakcji elektronów niskoenergetycznych (LEED). Magnetyczne właściwości badanych układów zostały opisane dzięki zastosowaniu licznych technik eksperymentalnych, między innymi przy pomocy spektroskopii oddziaływań nadsubtelnych (CEMS i NRS– Nuclear Resonance Scattering).
Badania subnamometrowych warstw Fe w układzie MgO/Fe/MgO dowiodły istnienia prostopadłej anizotropii magnetycznej warstw Fe poniżej grubości krytycznej tc. Wraz
z rosnącą grubością Fe zaobserwowano zmianę kierunku spontanicznego namagnesowania (SRT – Spin Reorientation Transition) warstw Fe z kierunku prostopadłego do płaszczyzny warstw do kierunku w płaszczyźnie.
Badania magnetycznych właściwości układu Fe/MgO/Fe potwierdziły istnienie antyferromagnetycznego (AFM) sprzężenia między warstwami Fe dla subnanometrowych grubości MgO.
Ostatnim etapem pracy było wytworzenie i charakteryzacja kompozytowego wielowarstwowego układu Fe/MgO. Dla ustalonych grubości Fe i MgO pokazano, że wraz ze wzrostem liczby powtórzeń dwuwarstw rośnie udział składowej namagnesowania prostopadłej do płaszczyzny warstw.
This PhD thesis describes the structure and magnetic properties of ultrathin layers composed of Fe and MgO: subnanometer Fe films in a MgO/Fe/MgO stack, Fe/MgO/Fe trilayers and Fe/MgO multilayers. All these layers were grown using molecular beam epitaxy under ultra high vacuum conditions on MgO(001) crystal substrates. The structure of the deposited layers was study in-situ by low energy electron diffraction (LEED). Magnetic properties of the studied systems were examined by various techniques, including methods based on hyperfine interaction spectroscopies (CEMS and NRS ─ Nuclear Resonance Scattering).
The study of the sub-nanometer iron films in the MgO/Fe/MgO stack revealed the existence of the perpendicular magnetic anisotropy below the critical Fe thickness tc. In the
vicinity of tc the spin reorientation transition (SRT) was observed with the easy magnetization
axis switching from the out-of-plane to an in-plane direction. The temperature driven SRT was shown to occur for the Fe thickness close to tc.
Analysis of the magnetic properties of the Fe/MgO/Fe trilayers proved the existence of the antiferromagnetic (AFM) interlayer exchange coupling (IEC) between the Fe layers for the subnanometer thickness of the MgO spacer.
The last task of this thesis was to produce and characterize Fe/MgO multilayers with the sub-layer thickness in the monolayer range. The Mössbauer measurements demonstrated that the out-of-plane magnetization component was considerably enhanced when the repetition number was increased from ten to twenty.
