An electronic and magnetic survey on NiTPP ultrathin films grown on Fe(001)-p(1 x 1)O

Nowadays, a lot of effort is devoted to the study of interfaces between metals and organic molecules. The hope is to flank inorganic semiconductors with a new class of hybrid organic/inorganic devices with high performances and a limited production cost. The research has focused both on the electronic properties of these compounds, as well as on the magnetic ones, in order to study also possible applications in the field of spintronics. Among all the molecules studied, porphyrins have been taken into account due to their pervasiveness in many biological processes and a limited synthesis cost. In this work, the attention will be focused on particular type of porphyrins, nickel-tetraphenylporphyrins (NiTPP). These molecules have attracted a certain interest due both to their chemical stability and the possibility to model magnetic interaction due to their central metallic ion. These molecules are grown onto Fe(001)-p(1 × 1)O. The choice of the substrate is not casual. Indeed, Fe(001)-p(1 × 1)O can be considered as a prototype of a vast range of systems. Moreover, the thin iron oxide on the surface decouples the molecules from the substrate. Finally, this substrate enables the study also of the magnetic coupling between the molecules and the metal. Electronic and magnetic properties of the system NiTPP/Fe(001)-p(1 × 1)O are studied by means of photoemission and inverse photoemission spectroscopy. A growing thickness analysis is firstly presented, followed by a study of the protective property against contamination of a molecular monolayer of NiTPP. Finally, a magnetic analysis is shown and the results discussed.

Recentemente, la ricerca scientifica si è concentrata sullo studio delle interfacce tra metalli e molecole organiche. La speranza è di affiancare i semiconduttori inorganici con una nuova classe di dispositivi ibridi organici/inorganici con elevate prestazioni e un costo di produzione contenuto. Gli studi si sono concentrati sia sulle proprietà elettroniche di questi sistemi, sia su quelle magnetiche, in modo tale da poter approfondire anche possibili applicazioni nel campo della spintronica. Tra tutte le molecole organiche studiate a tale scopo, le porfirine sono state prese in considerazione a causa della loro pervasività in molti processi biologici e di un costo di sintesi limitato. In questa tesi, l'attenzione sarà dedicata a una particolare porfirina, la nichel-tetrafenilporfirina (NiTPP). Questa molecola ha attratto l'interesse scientifico sia per la sua stabilità chimica, sia per la possibilità di essere utilizzata come modello per l'interazione magnetica a causa delle proprietà dell'atomo metallico centrale. Le molecole sono state cresciute su Fe(001)-p(1 x 1)O. La scelta di tale substrato non è casuale. Infatti, il Fe(001)-p(1 x 1)O può essere considerato come substrato prototipo di una vasta classe di sistemi. Inoltre, il sottile strato di ossido metallico sulla superficie disaccoppia le molecole dal metallo sottostante. Infine, questa scelta del substrato permette di studiare le proprietà magnetiche dell'interfaccia organica/inorganica. Le proprietà elettroniche e magnetiche del sistema NiTPP/Fe(001)-p(1 x 1)O sono state studiate tramite la fotoemissione e la fotoemissione inversa. Inizialmente viene presentata un'analisi a spessore crescente del film organico, seguita da uno studio del ruolo protettivo contro la contaminazione di un monolayer di NiTPP. Infine, i risultati dell'analisi magnetica sono presentati e discussi.