Electronic and magnetic coupling of oxides and organic ultrathin films with ferromagnetic surfaces

During the last decades, the progress in microscopy techniques and the improvement in epitaxial growth have made possible the development of new micro and nano-devices. In this field both oxide-ferromagnetic (FM) metal and organic-FM metal interfaces have been receiving much attention. On the one hand, the systems obtained by coupling an antiferromagnet with a FM substrate nd applications in devices based on exchange bias, such as spin valves and magnetic memories. On the other hand, thanks to the long electron spin coherence and weak spin-orbit coupling, organic semiconductors forming hybridized magnetic interfaces with FM metals are promising candidates for spintronics applications. Moreover, the formation of layered structures with an ultrathin oxide film at the OS/FM interface allowed to develop enhanced properties. Thanks to the use of scanning tunneling microscopy (STM) and different spectroscopy techniques, I have pursued the following principal aims of my PhD research activity. First the achievement of a sharp interface between CoO (AF) and Fe (FM), using the so called reactive deposition (deposition of metal at 10^-6 mbar pressure of oxygen in ultrahigh vacuum conditions), in order to observe the early stages of oxidation and to investigate the magnetic properties of a thin oxide film. Second, to investigate how both the electronic and the magnetic coupling between C60 fullerene and a metallic substrate change if a single layer of oxide is present at the interface between the two materials

Negli ultimi decenni, i progressi nelle tecniche di microscopia e il miglioramento nella crescita epitassiale, hanno reso possibile lo sviluppo di nuovi dispositivi su scala micro e nanometrica. In questo campo in particolare, sia le interfacce ossido/metallo ferromagnetico (FM) che organiche/FM hanno ricevuto molta attenzione. Da un lato, i sistemi ottenuti accoppiando un antiferromagnete con un substrato FM trova applicazioni in dispositivi basati su "exchange bias", come valvole di spin e memorie magnetiche. D'altra parte, grazie a un lungo tempo di coerenza dello spin all'interno delle molecole e al loro debole accoppiamento spin orbita, i semiconduttori organici che formano interfacce con metalli FM sono candidati promettenti per applicazioni spintroniche. Inoltre, la formazione di strutture stratificate con un ossido ultra-sottile all'interfaccia OS/FM permette di sviluppare proprietà uniche. Grazie all'uso della microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) e a differenti tecniche spettroscopiche, ho perseguito i seguenti obiettivi principali della mia attività di ricerca di dottorato. In primo luogo, il raggiungimento di una interfaccia netta tra CoO (AF) e Fe (FM), usando la cosiddetta "deposizione reattiva" (deposizione di metallo a una pressione di 10^-6 mbar di ossigeno, in condizioni di ultra alato vuoto), al fine sia di osservare le prime fasi di ossidazione del Co, che di investigare le proprietà magnetiche di un sottile strato di ossido. In secondo luogo, l'indagine su come l'accoppiamento elettronico e magnetico tra le molecole organiche di fullerene C-60 e di un substrato metallico cambiano se, all'interfaccia dei due materiali, è presente un singolo strato di ossido.