金屬表面磁性分子和磁性納米結(jié)構(gòu)的自旋激發(fā)與自旋極化探測(cè).pdf

1、在本論文中，利用極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)掃描隧道顯微鏡(Unisoku super-lowtemperature1300S-3He STM)，我們主要研究了在金屬表面表現(xiàn)出強(qiáng)磁各向異性的金屬酞菁分子磁體間的自旋耦合作用，及因此而產(chǎn)生的自旋激發(fā)現(xiàn)象。
　　在第一章中，我們首先介紹了本論文工作中所使用的極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)-掃描隧道顯微鏡:包括其主體結(jié)構(gòu);400 mK極低溫、11T強(qiáng)磁場(chǎng)的獲得方法。通過(guò)在365mK溫度下通過(guò)超導(dǎo)探針（鉛修飾的鎢探針）在超

2、導(dǎo)Pb島上獲得的超導(dǎo)隧道譜，我們確定了儀器的能量分辨率好于0.3 meV。然后簡(jiǎn)單介紹了STM在金屬表面磁性納米結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用，在此過(guò)程中介紹了與本論文研究工作有關(guān)的重要物理概念:非彈性電子隧道譜、自旋激發(fā)譜、磁各向異性、自旋交換相互作用、自旋極化掃描隧道顯微術(shù)等。最后，簡(jiǎn)要說(shuō)明了本論文的主要工作。
　　在第二章中，我們發(fā)現(xiàn)金屬Pb(111)表面上的磁性酞菁分子具有受到襯底調(diào)制的很強(qiáng)的磁各向異性;進(jìn)一步通過(guò)探測(cè)由這些磁性分子之間

3、的自旋交換相互作用與其磁各向異性競(jìng)爭(zhēng)所產(chǎn)生的自旋激發(fā)譜，我們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)體系中磁各向異性能大到可以與交換作用能比擬，因此必須以新的更復(fù)雜的哈密頓量和態(tài)矢空間來(lái)分析其能級(jí)結(jié)構(gòu)和自旋激發(fā)。這在之前報(bào)道的工作中是很少有人認(rèn)真研究過(guò)的，因此我們的工作在一定程度上為磁性分子間的相互作用機(jī)制提供了新的理解和認(rèn)識(shí)。
　　實(shí)驗(yàn)中研究的樣品為楔形Pb島上的多層磁性酞菁分子自組裝膜，我們制備了兩種樣品:第一層都為CoPc分子（磁矩淬滅，S=0），起到脫

4、耦合層的作用;第二層為CoPc分子(S=1/2)或FePc分子(S=1);第三層都為FePc分子(S=1)。通過(guò)這兩種樣品，我們就構(gòu)造出了spin-1/2與spin-1、spin-1與spin-1兩種自旋耦合體系。
　　此外，我們還研究了Pb表面FePc分子的磁性。自由FePc分子雖然磁矩比CoPc分子大，但是第一層FePc分子由于與Pb襯底間發(fā)生較強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移而磁矩同樣被淬滅掉了。而第二層FePc分子的磁各向異性也受到了Pb襯底

5、的明顯調(diào)制作用，從而導(dǎo)致其自旋激發(fā)譜表現(xiàn)出明顯不同的特征。
　　在第三章中，我們比較研究了在不同金屬表面(Au(111)和Pb(111))上磁性分子間耦合產(chǎn)生的自旋激發(fā)態(tài)的壽命。通過(guò)在Pb(111)和Au(111)表面制備的多層CoPc分子膜樣品，我們構(gòu)造出了不同金屬表面上的spin-1/2與spin-1/2耦合體系。研究發(fā)現(xiàn)，Au與Pb表面上的自旋激發(fā)譜的展寬表現(xiàn)出明顯的差異，這說(shuō)明了不同的金屬襯底導(dǎo)致了自旋激發(fā)態(tài)的壽命的顯著不

6、同，通過(guò)理論分析我們發(fā)現(xiàn)這是由兩方面的原因造成的:一，不同金屬的表面電子態(tài)密度不同;二，不同金屬s電子與CoPc分子d電子間的交換耦合強(qiáng)度不同。
　　在第四章中，我們使用鍍鐵（鐵磁性）和鍍鉻（反鐵磁性）的自旋極化探針?lè)謩e研究了Pt(111)表面和Cu(111)表面的磁性納米Co島。我們觀察到了由于Co島磁化方向不同而導(dǎo)致的具有自旋分辨的dI/dV譜及dI/dV Mapping圖像，并研究了鐵磁性鍍鐵探針與Co島的磁化方向隨著磁場(chǎng)強(qiáng)