We have performed high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy of oxygen-adsorbed Fe thin films on W(110) to elucidate the evolution of electronic states upon surface oxidation. After oxygen adsorption of 0.25 monolayer onto Fe films, we found a surface state in the vicinity of the Fermi level which exhibits an undulating energy band dispersion. Our first-principles band-structure calculation indicates that this state is attributed to the spin-polarized minority band arising from the hybridization between Fe 3d and O 2p orbitals. The present result suggests that the observed surface state is related to the unusual magnetic properties of oxidized Fe surfaces.
References
1.
U.
Gradmann
, J. Magn. Magn. Mater.
100
, 481
(1991
).2.
M.
Donath
, Surf. Sci. Rep.
20
, 251
(1994
).3.
F. J.
Himpsel
, J. E.
Ortega
, G. J.
Mankey
, and R. F.
Willis
, Adv. Phys.
47
, 511
(1998
).4.
J.
Mathon
and A.
Umerski
, Phys. Rev. B
63
, 220403(R)
(2001
).5.
W. H.
Butler
, X.-G.
Zhang
, T. C.
Schulthess
, and J. M.
MacLaren
, Phys. Rev. B
63
, 054416
(2001
).6.
S.
Yuasa
, T.
Nagahama
, A.
Fukushima
, Y.
Suzuki
, and K.
Ando
, Nat. Mater.
3
, 868
(2004
).7.
S. S. P.
Parkin
, C.
Kaiser
, A.
Panchula
, P. M.
Rice
, B.
Hughes
, M.
Samant
, and S. H.
Yang
, Nat. Mater.
3
, 862
(2004
).8.
H.
Sato
, E. C. I.
Enobio
, M.
Yamanouchi
, S.
Ikeda
, S.
Fukami
, S.
Kanai
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Appl. Phys. Lett.
105
, 062403
(2014
).9.
K.
Nakamura
, T.
Akiyama
, T.
Ito
, M.
Weinert
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
81
, 220409(R)
(2010
).10.
K.
Nakamura
, R.
Shimabukuro
, Y.
Fujiwara
, T.
Akiyama
, and T.
Ito
, Phys. Rev. Lett.
102
, 187201
(2009
).11.
T.
Maruyama
, Y.
Shiota
, T.
Nozaki
, K.
Ohta
, N.
Toda
, M.
Mizuguchi
, A. A.
Tulapurkar
, T.
Shinjo
, M.
Shiraishi
, S.
Mizukami
, Y.
Ando
, and Y.
Suzuki
, Nat. Nanotechnol.
4
, 158
(2009
).12.
S.
Ikeda
, K.
Miura
, H.
Yamamoto
, K.
Mizunuma
, H. D.
Gan
, M.
Endo
, S.
Kanai
, J.
Hayakawa
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Nat. Mater.
9
, 721
(2010
).13.
M.
Endo
, S.
Kanai
, S.
Ikeda
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Appl. Phys. Lett.
96
, 212503
(2010
).14.
M.
Tsujikawa
, S.
Haraguchi
, T.
Oda
, Y.
Miura
, and M.
Shirai
, J. Appl. Phys.
109
, 07C107
(2011
).15.
A. J.
Pignocco
and G. E.
Pellissier
, Surf. Sci.
7
, 261
(1967
).16.
H.-J.
Kim
, J.-H.
Park
, and E.
Vescovo
, Phys. Rev. B
61
, 15284
(2000
).17.
J.
Weissenrieder
, M.
Göthelid
, M.
Mansson
, H.
von Schenck
, O.
Tjernberg
, and U. O.
Kårlsson
, Surf. Sci.
527
, 163
(2003
).18.
H.-J.
Kim
and E.
Vescovo
, Phys. Rev. B
58
, 14047
(1998
).19.
H.
Huang
and J.
Hermanson
, Phys. Rev. B
32
, 6312
(1985
).20.
R.
Wu
and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. Lett.
69
, 2867
(1992
).21.
X.
Tan
, J.
Zhou
, and Y.
Peng
, Appl. Surf. Sci.
258
, 8484
(2012
).22.
P.
Błoński
, A.
Kiejna
, and J.
Hafner
, Surf. Sci.
590
, 88
(2005
).23.
M. S.
Hammond
, F. B.
Dunning
, and G. K.
Walters
, Phys. Rev. B
45
, 3674
(1992
).24.
M.
Getzlaff
, D.
Egert
, P.
Rappolt
, M.
Wilhelm
, H.
Steidl
, G.
Baum
, and W.
Raith
, J. Magn. Magn. Mater.
140
, 727
(1995
).25.
S.
Förster
, G.
Baum
, M.
Müller
, and H.
Steidl
, Phys. Rev. B
66
, 134427
(2002
).26.
R.
Bertacco
and F.
Ciccacci
, Phys. Rev. B
59
, 4207
(1999
).27.
A.
Clarke
, N. B.
Brookes
, P. D.
Johnson
, M.
Weinert
, B.
Sinković
, and N. V.
Smith
, Phys. Rev. B
41
, 9659
(1990
).28.
Y.
Sakisaka
, T.
Komeda
, T.
Miyano
, M.
Onchi
, S.
Masuda
, Y.
Harada
, K.
Yagi
, and H.
Kato
, Surf. Sci.
164
, 220
(1985
).29.
E.
Vescovo
, C.
Carbone
, W.
Eberhardt
, O.
Rader
, T.
Kachel
, and W.
Gudat
, Phys. Rev. B
48
, 285
(1993
).30.
A. M.
Turner
, A. W.
Donoho
, and J. L.
Erskine
, Phys. Rev. B
29
, 2986
(1984
).31.
J.
Schäfer
, D.
Schrupp
, E.
Rotenberg
, K.
Rossnagel
, H.
Koh
, P.
Blaha
, and R.
Claessen
, Phys. Rev. Lett.
92
, 097205
(2004
).32.
J.
Schäfer
, M.
Hoinkis
, E.
Rotenberg
, P.
Blaha
, and R.
Claessen
, Phys. Rev. B
72
, 155115
(2005
).33.
J.
Sánchez-Barriga
, J.
Fink
, V.
Boni
, I.
Di Marco
, J.
Braun
, J.
Minár
, A.
Varykhalov
, O.
Rader
, V.
Bellini
, F.
Manghi
, H.
Ebert
, M. I.
Katsnelson
, A. I.
Lichtenstein
, O.
Eriksson
, W.
Eberhardt
, and H. A.
Dürr
, Phys. Rev. Lett.
103
, 267203
(2009
).34.
X. Y.
Cui
, K.
Shimada
, Y.
Sakisaka
, H.
Kato
, M.
Hoesch
, T.
Oguchi
, Y.
Aiura
, H.
Namatame
, and M.
Taniguchi
, Phys. Rev. B
82
, 195132
(2010
).35.
R.
Bertacco
, M.
Merano
, and F.
Ciccaccia
, Appl. Phys. Lett.
72
, 2050
(1998
).36.
U.
Gradmann
and G.
Waller
, Surf. Sci.
116
, 539
(1982
).37.
G.
Kresse
and J.
Furthmuller
, Vienna Ab-initio Simulation Package
(University of Wien
, 2001
).38.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).39.
P. V. C.
Medeiros
, S.
Stafström
, and J.
Björk
, Phys. Rev. B
89
, 041407(R)
(2014
).40.
P. V. C.
Medeiros
, S. S.
Tsirkin
, S.
Stafström
, and J.
Björk
, Phys. Rev. B
91
, 041116(R)
(2015
).41.
K. B.
Hathaway
, H. J. F.
Jansen
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
31
, 7603
(1985
).42.
A.
Schüller
, M.
Busch
, S.
Wethekam
, and H.
Winter
, Phys. Rev. Lett.
102
, 017602
(2009
).43.
F.
Bisti
, G.
Profeta
, H.
Vita
, M.
Donarelli
, F.
Perrozzi
, P. M.
Sheverdyaeva
, P.
Moras
, K.
Horn
, and L.
Ottaviano
, Phys. Rev. B
91
, 245411
(2015
).44.
D. S.
Wang
, R.
Wu
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
47
, 14932
(1993
).45.
R.
Wu
and A. J.
Freeman
, J. Magn. Magn. Mater.
200
, 498
(1999
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
