Spinaufgelöste Photoemissionsspektroskopie mit Synchrotronstrahlung an epitaktischem Fe auf Ag(001) und GaAs(110)

Mit Hilfe der neuen Technik der spin-, winkel- und energieaufgelösten Photoemission mit Synchrotronstrahlung vom Berliner Speicherring BESSY wurde die elektronische und magnetische Struktur des Eisens vom Adsorbatzustand bis hin zur ferromagnetischen dreidimensionalen Bandstruktur untersucht. Zunächst wurden spinaufgelöste Photoemissionsmessungen an einer einkristallinen Festkörperoberfläche Fe(3%-Si)(110) durchgeführt. Durch Anregung mit Synchrotronstrahlungeinstellbarer Photonenenergie im Energiebereich zwischen 18 eV und 80 eV wurde der Verlauf der spinaufgespaltenen Fe3d-Bänder in der $\Gamma-\Sigma$-N-Richtung der Brillouin-Zone spektroskopiert. Die Ergebnisse stimmen mit neueren lokalen Spindichtefunktional-Bandstrukturrechnungen erstaunlich gut überein. Danach wurden Messungen an $\underline{in-situ}$ hergestellten, einkristallinen Fe-Schichten auf Ag(001) mit Dicken zwischen 0,18 Monolagen (1 ML $\triangleq$ 1,4 $\mathring{A}$) und 30 ML durchgeführt. Eine nicht verschwindende Spinpolarisation der Fe3d-Photoelektronen nach Anregung mit 60 eV Photonenenergie wurde ab einer Fe-Dicke von 5 ML gemessen. Die Messung erfolgte dabei in Remanenz, nachdem die Probe in der Schichtebene mit einem äußeren magnetischen Feld magnetisiert wurde. Die spinaufgelösten Spektren bei 5 ML lassen sich bereits durch Festkörperbandstrukturen beschreiben. Ein vorausgesagtes, im Vergleich zum Festkörper größeres magnetisches Moment für Fe-Monolagenschichten auf Ag(001), das sich durch eine erhöhte Austauschaufspaltung zeigen sollte, wurde in diesem Experiment jedoch nicht beobachtet. An einkristallinen Fe-Schichten auf GaAs(110) konnte die erste von Null verschiedene Spinpolarisation der Fe3d-Photoelektronen bei 6 ML beobachtet werden. Die spinaufgelösten Photoemissionsspektren bei der Photonenenergie h$\nu$ = 30 eV können aber erst ab 40 ML Fe durch die Festkörperbandstruktur erklärt werden. Im Gegensatz zu dem System Fe/Ag(001) deuten sich beim Fe/GaAs(110) im Grenzbereich zwischen Fe und Halbleiter chemische Bindungen zwischen Fe und dem GaAs (FeGa, FeAs, . . .) an. Dies wurde mit Hilfe der Rumpfelektronenspektroskopie noch bei Fe-Schichten der Dicke 22 ML festgestellt