Authors:	Methfessel, Torsten
Title:	Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie magnetischer Nanostrukturen am Beispiel von bcc-Co/Fe(110), Fe/Mo(110) und Kupfer-Phthalocyanin/Fe(110)
Online publication date:	16-Dec-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	In dieser Arbeit werden, nach einer Einführung in die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie als experimentelle Methode zur Untersuchung magnetischer Nanostrukturen, Ergebnisse zur spinpolarisierten elektronischen Struktur in Abhängigkeit von der Kristallstruktur am Beispiel ultradünner Co-Schichten sowie in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung für ultradünne Fe-Schichten vorgestellt. Hochaufgelöste Messungen zeigen die ortsabhängige Spinpolarisation auf einem einzelnen Kupfer-Phthalocyanin Molekül. \r\n\r\nKobalt wurde durch pseudomorphes Wachstum auf den (110)-Oberflächen der kubisch raumzentrierten Metalle Chrom und Eisen deponiert. Im Unterschied zu früheren Berichten in der Literatur lassen sich nur zwei Lagen Co in der kubisch raumzentrierten (bcc) Ordnung stabilisieren. Die bcc-Co Schichten auf der Fe(110)-Oberfläche zeigen keine Anzeichen von epitaktischen Verzerrungen. \r\nDickere Schichten rekonstruieren in eine dicht gepackte Struktur (hcp/fcc). Durch die bcc Ordnung wird die Spinpolarisation von Kobalt auf P=62% erhöht (hcp-Co: P=45%). \r\n\r\nDie temperaturabhängige Spinreorientierung (SRT) ultradünner Filme Fe/Mo(110) wurde mit spinpolarisierter Spektroskopie untersucht. Eine Neuausrichtung der Magnetisierung aus der senkrechten [110]-Achse in die in der Ebene liegenden [001]-Achse wird bei T=(13,2+-0,5)K festgestellt, wobei es sich um einen diskontinuierlichen Reorientierungsübergang handelt, d.h. die freie Energie weist innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs gleichzeitig zwei Minima auf. Weiterhin wird in der Mono- und Doppellage Fe/Mo(110 eine Abhängigkeit der elektronischen Struktur von der Ausrichtung der magnetisch leichten Achse und von der Magnetisierung beobachtet. \r\n\r\nDie Untersuchung des spinpolarisierten Ladungstransports durch ein Kupfer-Phthalocyanin-Molekül auf der Fe/Mo(110) Oberfläche liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Spintransports an der Grenzfläche zwischen Metall und organischem Molekül. Die HOMO-LUMO-Energielücke des freien Moleküls wird durch die Wechselwirkung mit der Metalloberfläche mit Grenzflächenzuständen gefüllt. Diese Zustände reduzieren die Spinpolarisation des durch das Molekül fließenden Tunnelstroms durch einen zusätzlichen unpolarisierten Strombeitrag um einen Faktor zwei. Spinpolarisierte hybridisierte Grenzflächenzustände mit größerem Abstand zur Fermi-Energie führen in Abhängigkeit von der Position auf dem Molekül zu weiteren Beiträgen zur effektiven Spinpolarisation. Diese Untersuchungen belegen die Möglichkeit einer effektiven Spininjektion in organische Halbleiter und damit das Potential dieser Materialien für die weitere Entwicklung von Spintronik-Bauteilen. This thesis provides an introduction into the technique of spin polarized scanning tunnelling microscopy and spectroscopy as an experimental method for the investigation of magnetic nanostructures. Experimental results for the spin polarized electronic structure depending on the crystal structure of ultrathin Co layers, and depending on the direction of the magnetization for ultrathin Fe layers are presented. High-resolution measurements show the position-dependent spin polarization on a single copper-phthalocyanine molecule deposited on a ferromagnetic surface.\r\n\r\nCo was deposited by molecular beam epitaxy on the (110) surface of the body-centered cubic metals Cr and Fe. In contrast to previous reports in the literature only two layers of Co can be stabilized in the body-centered cubic (bcc) structure. The bcc-Co films on the Fe(110) surface show no signs of epitaxial distortions.\r\n Thicker layers reconstruct into a closed-packed structure (hcp / fcc). The bcc structure increases the spin-polarization of Co to P=62% in comparison to hcp-Co (P=45%).\r\n \r\nThe temperature-dependent spinreorientation of ultrathin Fe/Mo(110) films was investigated by spinpolarized spectroscopy. A reorientation of the magnetic easy axis from the [110] direction along the surface normal to the in-plane [001] axis is observed at$T=(13,2+-0,5)K. This process can be identified as a discontinuous reorientation transition, revealing two simultaneous minima of the free energy in a certain temperature range. The electronic structure of mono- and doublelayer Fe/Mo(110) shows a variation with the reorientation of the magnetic easy axis and with the direction of the magnetization.\r\n\r\nThe investigation of the spin polarized charge transport through a copper-phthalocyanine molecule on the Fe/Mo(110) surface provides an essential contribution to the understanding of spin-transport at the interface between metal and organic molecule. Due to the interaction with the surface of the metal the HOMO-LUMO energy gap of the free molecule is filled with interface states. These states reduce the spin polarization of the tunneling current through the molecule by an additional unpolarized current contribution, which leads to an energy-independent reduction of the spin polarization by a factor of two. Spinpolarized interface states with larger distance from the Fermi-edge lead to further contributions to the effective spinpolarization that are different for ligands and center positions. These studies demonstrate the possibility of an efficient spininjection into organic semiconductors, and thus the potential of these materials for further development of spintronic devices.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2303
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-25375
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	158 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen