An electronic and magnetic investigation on Ni/Fe-p(1 x 1)O and Fe/Ni/Fe-p(1 x 1)O multilayer systems through photoemission and inverse photoemission spectroscopy

Adsorption of a foreign species on a crystal surface usually induces atomic relaxations and modifications of the surface electronic states thereby affecting the surface physical and chemical properties. In this contest, the Fe(001)-p(1 × 1)O structure is an intensely studied model system because the oxygen adsorption induced enhancement of the surface magnetic moments and the increased exchange splitting. In this thesis the studies have focused on the evolution concerning the electronic and, in particular, magnetic properties of Fe(001)-p(1 × 1)O following the epitaxial growth of ultrathin films first of nickel and then of iron (above the Ni layer) at increasing thicknesses. The obtained samples are studied by means of low energy electron diffraction experiments and photoemission and inverse photoemission spectroscopy. Furthermore, the spectra were also analyzed with the support of a Mott detector which made it possible to follow the evolution of the spin splitting phenomenon of the states near the Fermi level. Following the evaporation of thin layers of Ni, above a critical thickness, there is a quenching of the spin polarization signals. The restoration of spin splitting resulting from a further deposition of Fe has bring to light interesting correlations between these phenomena, the oxygen behavior of the substrate in the multilayer system and the thickness of the more superficial iron layer.

L'adsorbimento di una specie estranea su una superficie cristallina di solito induce rilassamenti atomici e modificazioni degli stati elettronici superficiali, influenzando così le proprietà fisiche e chimiche della superficie. In questo ambito, la struttura del Fe(001)-p(1 × 1)O è un sistema modello intensamente studiato perché l'adsorbimento di ossigeno induce un miglioramento dei momenti magnetici superficiali e un maggior exchange splitting. In questa tesi gli studi si sono concentrati sull’evoluzione riguardanti le proprietà elettroniche e, in particolar modo, magnetiche del Fe(001)-p(1 × 1)O a seguito alla crescita epitassiale di film ultrasottili dapprima di nickel e poi di ferro (al di sopra dello strato di Ni) a spessori crescenti. I campioni ottenuti sono studiati mediante esperimenti di diffrazione elettronica a bassa energia e spettroscopia di fotoemissione e fotoemissione inversa. Gli spettri, inoltre, sono stati analizzati anche tramite il supporto di un rivelatore Mott che ha permesso di seguire l’evoluzione del fenomeno di spin splitting degli stati in prossimità del livello di Fermi. A seguito dell’evaporazione di strati sottili di Ni, al di sopra di uno spessore critico, si è assistito ad un annullamento dei segnali di spin polarizzazione. Il ripristino dello spin splitting conseguente a un’ulteriore deposizione di Fe ha portato alla luce interessanti correlazioni tra questi fenomeni, il comportamento dell’ossigeno del substrato nel sistema multistrato e lo spessore dello strato di ferro più superficiale.