Photoemission spectroscopy investigation of the electronic and magnetic structure of ultrathin Fe films grown on Ir(111)

After the preparation of a clean surface of Ir(111), its electronic states around the Fermi energy have been characterized by means of photoemission and inverse photoemission spectroscopy techniques. Then, ultrathin Fe films have been grown in ultra-high vacuum on Ir(111). For Fe films thinner than 4 ML, a pseudomorphic growth with the fcc Ir(111) surface has been found by using the low energy electron diffraction technique. Then, a bcc (110) growth in the Kurdjumov-Sachs orientation has been observed for Fe films of 4 ML and more. The analysis of the Ir(111) surface for different Fe coverages has been performed by observing, in UV photoemission spectra, the relative variation of intensity between a peak at 1 eV below the Fermi energy, characteristic of the Ir(111) surface and sensitive to the thickness of the Fe film, and a feature, due to the Fe layers, at 0.4 eV below the Fermi energy. Above the Fermi energy, by using the technique of inverse photoemission spectroscopy, it has been detected a peak at 0.75 eV relative to the clean surface of Ir(111). Furthermore, two small features of these spectra at 5.25 eV and 4.55 eV could be related to photoemission from image-potential states characteristic of the fcc Ir(111) and bcc Fe(110) surfaces, respectively. The magnetic properties of Fe ultrathin films grown on the Ir(111) surface have been studied through the acquisition of spin-resolved photoemission and inverse photoemission spectra. A polarization in spin of the occupied electronic states just below the Fermi energy has been observed for Fe layers thicker than 4 ML, while no magnetic surface signal has been found for thicknesses equal or smaller than this critical value. Similar results have been obtained by considering the unoccupied electronic states slightly above the Fermi energy, where a polarization in spin has been observed for Fe films thicker than 6 ML.

Dopo la preparazione di una superficie pulita di Ir(111), i suoi stati elettronici nell’intorno dell’energia di Fermi sono stati caratterizzati per mezzo delle tecniche di spettroscopia e spettroscopia inversa. Successivamente, film ultrasottili di Fe sono stati cresciuti in ultra-alto vuoto sulla superficie di Ir(111). Per film di Fe più sottili di 4 ML, è stata trovata una crescita pseudomorfa con la superficie di Ir(111) fcc utilizzando la tecnica della diffrazione degli elettroni a bassa energia. In seguito, una crescita bcc (110) nell’orientazione di Kurdjumov-Sachs è stata osservata per film di Fe di 4 ML e strati più spessi. L’analisi della superficie di Ir(111) per differenti ricoprimenti di Fe è stata effettuata osservando, in spettri di fotoemissione UV, la relativa variazione di intensità tra un picco ad 1 eV al di sotto dell’energia di Fermi, caratteristico della superficie di Ir(111) e sensibile allo spessore del film di Fe, e un picco a 0.4 eV al di sotto dell’energia di Fermi, dovuto agli strati di Fe. Al di sopra dell’energia di Fermi, utilizzando la tecnica di spettroscopia di fotoemissione inversa, è stato rivelato un picco a 0.75 eV relativo alla superficie pulita di Ir(111). Inoltre, in questi spettri, due piccoli picchi a 5.25 eV e 4.55 eV potrebbero essere legati alla fotoemissione da stati potenziale-immagine caratteristici, rispettivamente, delle superfici di Ir(111) fcc e di Fe(110) bcc. Le proprietà magnetiche di film ultrasottili di Fe cresciuti sulla superficie di Ir(111) sono state studiate attraverso l’acquisizione di spettri di fotoemissione e fotoemissione inversa risolti per spin. Una polarizzazione in spin degli stati elettronici occupati appena al di sotto dell’energia di Fermi è stata osservata per strati di Fe più spessi di 4 ML, mentre nessun segnale magnetico di superficie è stato trovato per spessori uguali o più piccoli di questo valore critico. Simili risultati sono stati ottenuti considerando gli stati elettronici non occupati appena al di sopra dell’energia di Fermi, dove una polarizzazione in spin è stata osservata per film di Fe più spessi di 6 ML.