dc.contributor.author
Krupin, Oleg
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:21:09Z
dc.date.available
2004-09-28T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7773
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11972
dc.description
Title page Abstract and Kurzfassung 3 Table of Contents 7
1\. Introduction 9
2\. Photoelectron Spectroscopy 11
3\. Experimental Details 17
4\. Magnetic Dichroism in Photoemission from Atoms 27
5\. Gadolinium and Terbium Metal Films and Surface Oxides 43
6\. Photoelectron Diraction in Magnetic Dichroism: Theory 57
7\. Photoelectron Diraction in Magnetic Dichroism: Experiment 63
8\. Spin-Orbit Interaction 79
9\. Theoretical Concepts of Spin-Orbit Splitting 85
10\. Spin-Orbit Coupling at Magnetic Metal Surfaces 93
11\. Summary and Outlook 125
A. One-Electron Theory of Magnetic Dichroism 127
B. Atomic Multiplet Theory of Photoemission from Gd-4f shell 131
C. Free-Electron Model 135
Bibliography 139 Acknowledgments
dc.description.abstract
Three different effects at surfaces of magnetic rare-earth crystals have been
studied by means of angle-resolved photoemission spectroscopy: magnetic
structure and Rashba effect, related to the ground state properties of the
surface, and magnetic dichroism (MD) in photoemission, being a final state
effect. The first part of the work is devoted to the study of the magnetic
structure of the recently discovered surface monoxide layer formed on
Gd(0001). It is found to be clearly not ferromagnetic, in contrast to the
underling bulk gadolinium. From the combined study of the MD effect, the
Rashba effect, and ab-initio band-structure calculations, we conclude that the
spin polarization of the oxygen-induced surface state is driven by the sub-
surface ferromagnetic gadolinium layer. In the second part of the work,
diffraction effects in magnetic linear dichroism in 4f photoemission
demonstrate that diffraction can lead to a very strong modification of the
atomic angular dependence of dichroism. Our analysis implies that, for the
case with one dominant final-state excitation channel, only diffraction
dichroism remains, whereas the atomic part vanishes. In these cases the MD
signal at the crystal surface reveals a strong modulation with photoelectron
emission angle, including a change of sign around the surface normal. The
final part presents the first observation of the Rashba effect at magnetic
rare-earth metal surfaces at the example of gadolinium and terbium, and their
monoxides. The energy dispersion of the surface states at Gd(0001) and
Tb(0001) and their monoxides depends on the spin-orientation of the electron
relative to its propagation direction in the electric field, provided by the
surface potential. Comparison of the experimental dispersion with first-
principle DFT calculations including spin-orbit interaction gives strong
evidence that this behavior is a direct manifestation of the Rashba effect. In
connection with previous studies of Au(111) and W(110) surface states, the
present results lead to the conclusion that the Rashba effect is a general
surface and interface phenomenon. The strength of the effect is defined by
mainly three ingredients: the atomic contribution to the potential gradient
experienced by the electronic states, the shape of the electron charge density
distribution, and the hybridization of the electronic states located at the
surface/interface; this explains why it can be modified by adsorbates.
de
dc.description.abstract
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mittels winkelaufgelöster
Photoemissionsspektroskopie drei verschiedene Effekte untersucht, die an
Oberflächen magnetischer Kristalle der seltenen Erden auftreten. Davon sind
die magnetische Struktur und der Rashbaeffekt auf Grundzustandseigenschaften
der Oberfläche zurückzuführen, wohingegen der magnetische Dichroismus (MD) in
Photoemissionsspektren Eigenschaften des Endzustands widerspiegelt. Der ersten
Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der magnetischen Struktur der kürzlich
entdeckten Monoixidschicht, die sich auf Gd(0001) Oberflächen bildet. Es wurde
eindeutig nachgewiesen, daß sie im Gegensatz zum darunterliegenden bulk-Gd
nicht ferromagnetisch ist. Kombiniert man die Ergebnisse aus MD Messungen,
Rashbaeffekt und ab initio Bandstrukturrechnungen, so folgt, daß die
Spinpolarisation des sauerstoffinduzierten Oberflächenzustands von der unter
der Oberfläche liegenden ferromagnetischen Gadoliniumlage hervorgerufen wird.
Der zweite Teil widmet sich Beugungseffekten im magnetisch lineardichroischen
Kontrast in 4f Photoemissionsspektren. Es wird gezeigt, daß Beugung die
Winkelabhängigkeit des dichroischen Signals sehr stark gegenüber der vom Atom
gegebenen verändern kann. Die von uns durchgeführte Analyse setzt voraus, daß
für den Fall eines dominanten Anregungskanals in Endzustände nur der Anteil
des dichroischen Signals verbleibt, der auf Beugungseffekte zurückzuführen
ist, während der atomare verschwindet. In einem solchen System zeigt das MD
Signal der Kristalloberfläche eine starke Abhängigkeit vom Emissionswinkel der
Photoelektronen, bei Drehung um die Oberflächennormale ändert sich sein
Vorzeichen. Am Beispiel von Gadolinium und Terbium sowie ihrer Monoxide werden
im letzten Teil der Arbeit die ersten experimentellen Beobachtungen des
Rashbaeffekts an magnetischen Seltenerd-Kristalloberflächen gezeigt. Die
Energiedispersion des Oberflächenzustands von Gd(0001) und Tb(0001) sowie
deren Monoxiden hängt von der Ausrichtung des Elektronenspins relativ zu
seiner Bewegungsrichtung im elektrischen Feld des Oberflächenpotentials ab.
Ein Vergleich der experimentellen Dispersion mit ab initio DFT Rechnungen, in
denen Spin-Bahn-Wechselwirkung berücksichtigt ist, liefert überzeugende
Hinweise, daß das beobachtete Verhalten direkt auf dem Rashbaeffekt beruht. Im
Zusammenhang mit bereits an Au(111) und W(110) durchgeführten Untersuchungen
der Oberflächenzustände kann man aus den in dieser Arbeit vorgelegten
Ergebnissen schließen, daß der Rashbaeffekt ein allgemeines Oberflächen- und
Grenzflächenphaenomen ist. Die Stärke des Effekts hängt im wesentlichen von
drei Faktoren ab: dem atomaren Beitrag zum auf die Elektronen einwirkenden
Potentialgradienten, der Form der elektronischen Ladungsverteilung und der
Hybridisierung der Elektronenzustände an der Ober- bzw. Grenzfläche; aus
diesem Grund kann sie durch Adsorbate verändert werden.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
magnetic dichroism
dc.subject
photoelectron diffraction
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Dichroism and Rashba effect at magnetic crystal surfaces of rare-earth metals
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. h. c. Günter Kaindl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. V. K. Adamchuk
dc.contributor.furtherReferee
Prof. S. Hüfner
dc.date.accepted
2004-09-14
dc.date.embargoEnd
2004-09-29
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2004002499
dc.title.translated
Dichroismus und Rashba Effekt an magnetischen Oberflächen von kristallinen
Seltenerdmetallen
de
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000003802
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2004/249/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000003802
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dcterms.accessRights.openaire
open access