Durch die Entwicklung der XMR-Technologien (Tunneling Magneto Resistance: TMR durch Julliere [1] 1975 und die experimentelle Realisierung durch Moodera [2] und Miyazaki[3] 1995, Giant Magneto Resistance: GMR durch Grünberg [4] 1986) in den vergangenen Jahren wurde die Grundlage für ein breites Feld neuartiger Anwendungen geschaffen. Bei der sogenannten Spinelektronik oder auch spintronic werden neben der Ladung der Elektronen auch deren Spineinstellungen genutzt.
Die Basis für eine Vielzahl von Anwendungen, wie Sensoren oder Speicherbausteinen, die den TMR-Effekt verwenden, ist ein magnetisches Tunnelelement (Magnetic Tunnel Junction: MTJ). Dieses besteht im Wesentlichen aus zwei ferromagnetischen Elektroden, die durch eine dünne isolierende Schicht voneinander getrennt sind (siehe Abbildung a.). Der Widerstand eines solchen Bauteils hängt von der relativen Magnetisierungsrichtung der Ferromagneten ab. Durch den Zusammenschluss einer Vielzahl von MTJs können so beispielsweise Datenspeicher realisiert werden (vergleiche Abbildung b.). Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Speicherbausteinen liegt in der nicht flüchtigen Speicherung der Daten, da die Informationen hier nicht durch die Ladung, sondern durch die Magnetisierungsrichtung der benachbarten Elektroden repräsentiert werden.
Für den Erfolg der unterschiedlichen Anwendungen auf Basis des TMR ist eine hohe Widerstandsänderung für parallel bzw. antiparallel ausgerichtet Elektroden notwendig. Realisiert werden kann dieses durch die Verwendung von halbmetallischen Materialien, d. h. mit Materialien, die eine 100% Spinpolarisation an der Fermikante aufweisen.
Neben einigen Oxiden [5] und Zinkblende-Verbindungen [6] wurde das auch für einige Heusler-Legierungen vorhergesagt [7]. Durch die zusätzlich hohe Curie Temperatur der Heusler-Legierungen Co2MnSi und Co2FeSi gelten diese Legierungen als vielversprechendes Elektrodenmaterial. Da die hohe Spinpolarisation jedoch an die geordnete L21-Kristallstruktur der Heusler-Legierungen geknüpft ist, war ein experimenteller Nachweis der halbmetallischen Eigenschaften bislang nicht möglich (Stand: März 2007).
In dieser Arbeit werden daher unterschiedliche Strategien zur Erhöhung der Spinpolarisation der bisher in Bielefeld verwendeten Heusler-Legierungen [8][9] vorgestellt und diskutiert. Hierbei wird untersucht, in wie weit sich die atomare Ordnungsstruktur durch die Kombination von Heusler-Legierungen beeinflussen lässt.
Ebenfalls wird untersucht, ob sich auch durch die Wahl eines kristallinen Barrierenmaterials gegegenüber bisher verwendeter amorpher Barrieren durch den Übergang zu kohärenten Tunneleffekten, höhere TMR-Effekte realisieren lassen. Auch ist der Ursprung der beobachtbaren starken Abhängigkeit der TMR-Effektamplituden von der Umgebungstemperatur bislang noch unklar. Ein Erklärungsversuch sieht dies in den Eigenschaften der jeweiligen Bandstruktur begründet. Daher stellt die qualitative Überprüfung dieser These einen weiteren Aspekt dieser Arbeit dar.
