Diploma Thesis   Diploma Thesis

  finished in April 1995 by Frank Hübinger at Freie Universität Berlin


  Titel:   Inverse Photoemission Spectroscopy on Lanthanide Metals:



      occ. and unoccupied valence electr. str. of Terbium


Abstract
     In dieser Arbeit wurden einkristalline Lanthanidmaterialien mit inverser Photoemission (IPE) untersucht. Der experimentelle Aufbau bestand aus einem IPE-Spektrometer mit Toroidgittermonochromator und Elektronenkanone in Pierce-Geometrie.
    Die Proben wurden in situ durch Aufdampfen auf einen W(110)-Einkristall und anschließendes Tempern hergestellt. Dadurch konnten epitaktische Filme aus Lanthan, Gadolinium und Terbium erzeugt werden. An diesen 70 bis 100 Å dicken Filmen wurde dann die unbesetzte elektronische Struktur mit winkel- und temperaturaufgelöster inverser Photoemission vermessen. Die Ergebnisse von dazu parallelen, im Rahmen der Diplomarbeit von C. Schüßler-Langeheine durchgeführten, Photoemissions-Messungen wurden in die Auswertung mit einbezogen.
 Erstmals wurde simultan die elektronische besetzte und unbesetzte Struktur im Bereich der Fermienergie von Gadolinium analysiert. Man findet, wie bei allen Lanthaniden mit dichtgepackter Oberfläche, einen d-artigen Oberflächenzustand ((0001)-Oberfläche), der unterhalb der Curietemperatur in einen besetzten und einen unbesetzten Anteil austauschaufgespalten ist. Für diese Aufspaltung konnte ein stonerartiges Verhalten nachgewiesen werden. Es wurde eine erhöhte Curietemperatur für die Oberfläche von TC = 346 K ermittelt. Dies ist in guter Übereinstimmung mit früheren experimentellen Ergebnissen für die Oberflächen-Curietemperatur im Gadolinium. Für die Zustände des besetzten und unbesetzten Leitungsbands wurde ebenfalls ein stonerartiges Aufspaltungsverhalten gefunden.
 Für Terbium wurde die besetzte und unbesetzte elektronische Struktur gemessen und gemeinsam analysiert. Dadurch konnte die Existenz eines unbesetzten d-artigen Oberflächenzustandes im Bereich der Bandlücke am G-Punkt der Oberflächen-Brillouinzone auch bei diesem System gezeigt werden. Ein besetzter Oberflächenzustand war schon früher in Photoemissionsmessungen gefunden worden. Dieser Oberflächenzustand ist bei tiefen Temperaturen austauschaufgespalten. Im Gegensatz zu Gadolinium ist hier das Temperaturverhalten nicht eindeutig zu verstehen. Sowohl stonerartiges Verhalten der Austauschaufspaltung als auch konstante Aufspaltung könnte mit den Daten konsistent sein. Am besten scheint die Erklärung mit der Theorie von Nolting et al. für konstante Austauschaufspaltung zu sein. Aber auch ein stonerartiges Verhalten ist nicht ganz auszuschließen. Ein zusätzlicher unbesetzter unmagnetischer Zustand, bei etwa 0.6 eV oberhalb der Fermienergie, wurde detektiert. Das Leitungsband wurde auch einer Untersuchung unterzogen. Dabei wurde analog zu Gadolinium ein stonerartiges Aufspaltungsverhalten gefunden. Die Oberflächen-Curietemperatur wurde mit TC = 240 K ermittelt, was mit früheren Ergebnissen übereinstimmt.
 Mit Hilfe von IPE-Messungen an einkristallinen Lanthanfilmen konnte zum ersten Mal der Einfluß des d-artigen Oberflächenzustandes auf die Oberflächenrumpfniveauverschiebung des unbesetzten 4f1-Zustandes gezeigt werden. Der Oberflächenzustand verbessert aufgrund seiner Lokalisierung die Abschirmung des zusätzlichen Elektrons im Endzustand. Damit konnten Endzustandseffekte bei der Oberflächenrumpfniveauverschiebung bewiesen werden. Die Oberflächenrumpfniveauverschiebung des 4f1-Zustands an epitaktischen Filmen wurde zu 0.64 eV bestimmt.
 Bei inverser Photoemission konnten Beugungseffekte an den einfallenden Elektronen durch Intensitätsvariationen zwischen der Volumen- und der Oberflächenkomponente des unbesetzten dispersionslosen 4f1-Zustands nachgewiesen werden. Damit sind solche Beugungseffekte, analog zu Photoemission und Auger-Elektronen-Spektroskopie, erstmals auch für inverse Photoemission gezeigt worden.
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This Diploma Thesis is written in German. In case you need a copy please send me an email:  frank.huebinger@web.de

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