Magnetism and Growth of Fe on Pt (110) Surface

Abstract

비자성 물질 표면 위의 자성박막은 저차원 효과의 중요성으로 인하여 과학적 이해와 산업적 응용 두 가지 측면 모두에서 집중적 연구 주제가 되고 있다. 특히철 박막은 특히 중요한데 가장 보편적인 강자성 물질이고 또한 fcc 구조의 표면위에서 fcc 구조로 성장하기 때문이다 철/백금 다층구조는 상당한 연구진행에도 불구하고 특히 백금(lI0) 표면 위의철에 대한 연구는 아직 미진한 상태이다. 백금(110) 표면은 자연적으로 줄 빠짐재구성이 이루어져 이것을 이용하면 1차원 구조의 재료를 만들 수 있기 때문에이 연구를 착수 하였다. 이 연구에서 LEED와 SMOKE 그리고 STM을 이용하여 백금(110) 표면 위의매우 얇은 철 박막의 구조적 변화와 자기적 성질의 변화를 연구하였다. 상온에서철을 증착 할 때 백금(110)의 빠친 줄이 재워지거나 표면이 (1 × 2) 구조를잃어버리는 것은 표면이 섞여서 무질서해지거나 철 원자가 주변의 백금 원자와자리 바꿈을 하기 때문임을 이해하였다.겨우 2 원자층 정도 철이 증착 리어도 표면이 매우 거칠어 지며 백금 위의철은 600 K로 열을 가해 주면 표면이 정렬된 (2× 1) 구조가 되고, 700 K로 가열하면 다시 (Ix2) 구조로 바뀐다. 그러나 STM 결과에서는 부분적으로 (2×2)구조나 (Ixn) 구조 등이 관찰된다.백금(110) 표면 위에서 철은 심지어 한 원자층 두께에서 이미 강자성을 보이고,자화는 항상 표면에 평행한 방향으로 형성되며 ［001］방향이 용이 자화 방향임을알았다. 또한 보자력의 온도와 두께 의존성도 측정하고, 정량적으로 이해하였다,한편 광전자 분광법을 이용하여 철x백금₁_x와 철x팔라듭,₁-x (x = 0.25, O.5, 0.75)합금의 전자구조도 연구하였다. 철 3d, 팔라듐 4d 그리고 백금 5d의 부분스펙트럼 가중도는 백금 5d와 팔라듐 4d의 광 이온화 단면적의 Cooper 최소화현상을 활용하고 행렬 요소 효과를 고려하여 결정하였다. 밴드 계산결과와 달리 철 50％ 25％ 합금의 실험적으로 결정된 철 3d 부분스펙트럼은 다수상태에 기인하여 명확한 구조를 갖지 않고, 페르미 준위 근처의팔라듐 4d, 백금 5d 스펙트럼은 매우 미약함을 알 수 있었다. 이론과 실험의불일치는 다수와 소수 밴드의 수명 차이로 설명할 수 있다.; Magnetic ultrathin films on nonmagnetic substrates have been a subject of the intensive study due to the interest in the effect of low dimensionality, both on the scientific understanding and on the industrial applications. Fe films are naturally very important because Fe is the most common ferromagnetic material and because they can be grown in face-centered-cubic (fcc) structure when the structure of substrate is fcc. Although there have been a good deal of works on the multilayer system Fe/Pt, there have been only a small amount of works dedicated to the Fe ultrathin films on Pt substrate, especially for the Pt(110) surface. Because of the missing-row reconstruction present in the Pt(110) surface, the adatoms might find their sites along the missing rows, thereby making themselves an one-dimensionally structured material, and this is the main motivation for this work. In this thesis, I have investigated changes in the structural and the magnetic properties of Fe ultrathin films on Pt(110) surface by low energy electron diffraction, surface magneto-optic Kerr effect, and scanning tunneling microscopy (STM). When the Fe atoms are deposited at room temperature, the missing rows of Pt(110) are filled, and the surface loses the (1×2) structure, either because the surface becomes compositionally disordered or because the Fe adatoms exchange their sites with the Pt atoms underneath them. The morphology becomes very rough even when the coverage is just over 2 MLs of Fe layers. Upon post-annealing of the Fe the films on Pt(110) at 600 K, the surface is ordered into the (2×1) structure, and into (1×2) upon further annealing at 700 K, but the local structure of the surface observed by STM was (2×2) or (1×n). The easy axis was found to be always the in-plane [001] direction. Fe on Pt(110) appears to be ferromagnetic even from a thickness of 1 ML, where the magnetization is always in-plane. I have also observed the temperature and thickness dependences of coercivity , which were understood in a quite quantitative way. I also investigated the electronic structure of FexPt1-x and FexPd1-x (x = 0.25, 0.5 and 0.75) alloys by photoemission spectroscopy. The Fe 3d, the Pd 4d, and the Pt 5d partial spectral weights are determined by taking advantage of the Cooper-minimum phenomena of Pt 5d and Pd 4d photoionization cross sections and by taking the matrix-element effect into consideration. Different from the band-calculation results, it was found that the experimentally-determined Fe 3d partial spectral weights from Fe 50% and 25% alloys did not have a sharp structure due to the majority states, and the Pd 4d and the Pt 5d spectral weights near the Fermi level turn out to be vanishingly small. It is suggested that the different lifetimes for the majority and the minority bands account for the observed discrepancies.