Spin-polarized scanning tunneling microscopy and spectroscopy study of Fe and Co nanostructures on Cu(111)

Abstract

Spin-polarisierte Rastertunnel-Mikroskopie und Spektroskopie wurden eingesetzt, um quantisierte Elektronenzustände, Nanomagnetismus und Spin-abhängige elektronische Eigenschaften in Bilagen Inseln aus Co-, Fe- und Fe-dekorierten Co-Inseln auf Cu(111) zu untersuchen. Ein neuer Ansatz zur gezielten Veränderung der Spin-abhängigen elektronischen Eigenschaften einzelner Co-Nanostrukturen durch die Dekoration mit Fe entlang des Umfangs der Nanostruktur wird vorgestellt. Die Fe-Dekoration modifiziert die elektronische Struktur der Co-Insel. Das magnetische Umschaltfeld wird erhöht, die strukturelle Relaxation der Co-Insel wird vermindert. Eine quantitative Analyse bringt neue Erkenntnisse zum Wechselspiel zwischen Magnetismus, struktureller Relaxation und elektronischen Eigenschaften innerhalb einer Nanostruktur. Spin-aufgelöste Bilder der differentiellen Leitfähigkeit einer Bilagen Fe-Insel auf Cu(111) zeigen einen unerwarteten Streifenkontrast, der auf eine komplexe Spinstruktur im Fe hinweist. Ebenfalls wurde die Spin-Abhängigkeit des Smoluchowski-Effekts am Rand einer Co Insel erstmals nachgewiesen und viele experimentelle Aspekte zur spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie wurden quantitativ beschrieben.

Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy (STM/S) were used to study electron confinement, nanomagnetism and spin-dependent electronic properties in Co, Fe and Fe-decorated Co islands on Cu(111). A new approach to alter the electron confinement, magnetic switching field and spindependent electronic properties of a single nanostructure by decorating the perimeter of the nanostructure by Fe is presented. The Fe decoration modifies the electronic structures near the edge of the Co islands. The magnetic switching field of Co islands is increased and structural relaxations are reduced. Quantitative analysis provides novel insights in the correlations between magnetism, structural relaxations and local electronic properties within and at the edges of a magnetic nanostructure. Spin resolved maps of the differential conductance on bilayer Fe islands on Cu(111) show a stripe contrast, which suggests the formation of a complex spin structure in Fe. Finally, the spindependence of the Smoluchowski effect at the edge of a Co island was established for the first time, and many specific experimental aspects of sp-STM were addressed quantitatively.