Rastertunnelmikroskopie (STM) ist eine leistungsstarke Methode um das Zusammenspiel von strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften mit hoher Orts- und Energieauflösung zu erforschen. In dieser Arbeit werden Eisen (Fe) Nanostrukturen auf Wolfram (W) Einkristallen untersucht.
Eine systematische Studie der gut bekannten helikalen magnetischen Struktur von Fe-Doppellagenstreifen auf W(110) zeigt, dass Domänenwände immer ungefähr entlang der [1-10] Richtung verlaufen, unabhängig von der Orientierung des Substratfehlschnitts. Die magnetische Struktur der Doppellage Fe auf W(110) bleibt unverändert bei der Adsorption von einzelnen Sauerstoffatomen. In der Umgebung isolierter Sauerstoffadsorbate werden energieabhängige räumliche Variationen der lokalen Zustandsdichte (LDOS) beobachtet. Diese werden als stehende Elektronenwellen interpretiert und mit Rechnungen der spinabhängigen elektronischen Struktur verglichen. Das Ergebnis ist eine Zuordnung der beobachteten LDOS-Oszillationen zu Streuzuständen unter Beteiligung von Minoritäts-Spin Bändern mit d-ähnlichem Charakter. Spinpolarisierte Messungen zeigen, dass sie nur auf der einen Domänenart beobachtet werden. Dies bestätigt die einzigartige Fähigkeit der spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie, den Spincharakter von elektronischen Zuständen zusammen mit der orbitalen Symmetrie zu erforschen.
Die Untersuchung des Systems Fe auf W(001) zeigt eine lagenabhängige elektronische Struktur im niedrigen Bedeckungsbereich. Die Domänenstruktur im Bereich pseudomorphen Wachstums wird erforscht und die vierzählige Anisotropie kann direkt anhand der Karten der differentiellen Leitfähigkeit abgeleitet werden. Die quantitative Auswertung zeigt eine lagenabhängige Richtung der magnetisch leichten Achse, die für die zweite und dritte Lage entlang <110>, für die vierte Lage aber entlang <100> verläuft. Das Vermögen der Rastertunnelmikroskopie zwischen bis zu acht unterschiedlichen magnetischen Richtungen mit örtlicher Auflösung zu unterscheiden, demonstriert die Effizienz dieser Methode, den Magnetismus in Systemen mit reduzierten Dimensionen zu erforschen.
Scanning tunneling microscopy (STM) is a powerful tool to study the interplay between structural, electronic and magnetic properties with high spatial and energy resolution. In this thesis iron (Fe) nanostructures on tungsten (W) single crystals are investigated.
A systematic study of the well-known helical magnetic structure of Fe doublelayer stripes on W(110) proves that domain walls always run approximately along the [1-10] direction regardless of the orientation of the substrate miscut. The magnetic structure of the double-layer of Fe on W(110) is unchanged by the adsorption of single oxygen atoms. In the vicinity of isolated oxygen impurities energy-dependent spatial variations of the local density of states (LDOS) are observed. They are interpreted as electron standing waves and compared to spinresolved electronic structure calculations. The result is the assignment of the observed LDOS oscillations to scattering states involving minority-spin bands of d-like character. Spin-polarised (SP) measurements show that they are only observed on one particular type of magnetic domain, confirming the unique ability of SP-STM to study the spin character of electronic states together with their orbital symmetry.
The investigation of the system of Fe on W(001) shows a layer-dependent electronic structure in the low coverage regime. The domain structure in the pseudomorphic growth regime is studied and the fourfold anisotropy can be directly deduced from differential conductance maps. Quantitative analysis shows a layer-dependent magnetic easy axis which is along <110> for the second and third monolayer, but along <100> for the fourth monolayer. The capability of the STM to distinguish between up to eight different magnetic directions with spatial resolution demonstrates the efficiency of this method to study the magnetism of systems with reduced dimensions.