Characterization of oxides surfaces and films

Los oxidos son los compuestos mas abundantes que existen en nuestro entorno y la humanidad lleva haciendo uso de sus propiedades desde hace miles de anos. En concreto, la investigacion basada en oxidos de metales de transicion ha sido fundamental en el desarrollo de campos tan importantes como la catalisis o el almacenamiento de energia. Entre ellos, la magnetita (Fe3O4) es un material estudiado tanto desde un enfoque fundamental como aplicado. Una parte de la presente tesis esta enfocada en el estudio de sus propiedades estructurales y magneticas en superficie usando tecnicas de microscopia de electrones de baja energia polarizados en spin y de fotoemision. Hoy en dia, los avances en tecnologia pasan por la miniaturizacion de dispositivos. Uno de los principales objetivos es adquirir la habilidad para sintetizar materiales a escala nanometrica manteniendo el control de sus propiedades. Sin embargo, las propiedades pueden verse deterioradas por la presencia de defectos. Una parte del presente trabajo se centra en la sintesis de peliculas de FeO y CoO y composiciones mixtas de ambos estudiando el proceso de crecimiento por medio de microscopia de electrones de baja energia. Finalmente, la observacion del proceso de crecimiento en tiempo real se utiliza como herramienta para la sintesis de peliculas de ferrita de cobalto (CoFe2O4), material muy relacionado con la magnetita y de gran interes en el campo de la espintronica, con una alta calidad cristalina. La primera parte del trabajo se centra en el estudio de la superficie (001) de un cristal de magnetita. Se ha estudiado la configuracion de dominios magneticos siguiendo su evolucion con la temperatura. De este modo, hemos observado que los dominios magneticos se ven alterados a medida que la temperatura de la muestra aumenta hasta desaparecer al llegar a la temperatura de Curie. Ademas hemos observado que la transicion de reorientacion de spin ocurre en dos etapas: primero tiene lugar la nucleacion de nuevos dominios con los ejes faciles de imanacion correspondientes a los de la fase de baja temperatura seguido de una reorientacion del resto de dominios. Lo observado se ha explicado basandose en la dependencia de la anisotropia magnetocristalina de la magnetita con la temperatura. La caracterizacion magnetica se ha completado mediante la determinacion de los momentos magneticos orbital y de spin de la muestra por medio de dicroismo magnetico circular de rayos X. Los valores obtenidos se han explicado en base a la reconstruccion exhibida por la superficie (001) de la magnetita. A continuacion nos hemos centrado en el estudio del crecimiento de FeO y CoO sobre Ru(0001). Empleando la tecnica de PLD se han sintetizado peliculas de monoxido de hierro de varios nanometros de espesor. Estas peliculas exhiben unas propiedades que se han explicado proponiendo una terminacion en superficie con estructura de wurzita distinta de la estructura de ?sal comun? exhibida en volumen. Por otra parte, se ha estudiado el crecimiento de FeO y CoO por MBE. Se ha observado que el CoO crece en islas pequenas, de manera tridimensional mientras que el FeO crece cubriendo la superficie del substrato de manera bidimensional. Finalmente, se han hallado las condiciones para sintetizar peliculas de monoxidos de composiciones mixtas de hierro y cobalto. La tercera parte del trabajo consiste en el estudio del crecimiento de peliculas de ferrita de cobalto en Ru(0001) por MBE. El crecimiento se ha seguido en tiempo-real por microscopia de electrones de baja energia. Se han conseguido sintetizar islas monocristalinas, atomicamente planas, con dominios magneticos varios ordenes de magnitud mayores que los reportados previamente en la literatura. Las muestras se han caracterizado in situ por tecnicas de difraccion y fotoemision y ex situ por AFM/MFM.