Определение спиновой структуры тонких металлических пленок методом спин-поляризационной электронной оже-спектроскопии

• Автор: Устинов, Александр Борисович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Введение
Г лава 1. Литературный обзор
1.1 Поляризованные электроны
1.2. Вторично-электронная спектроскопия
1.3. Электронная оже-спектроскопия
1.4. Исследования методом спин-поляризационной электронной оже-спектроскопии
Глава 2. Методика проведения измерений и экспериментальная установка
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Методика измерений
Глава 3. Магнитные свойства поверхности магнетита
3.1 Структура и свойства магнетита
3.2 Экспериментальные результаты исследования поверхности кристалла Ге304(110)
3.3. Магнитные свойства кристалла Гез04 с тонкой плёнкой В1 на поверхности

Глава 4. Влияние немагнитных плёнок на поверхности БеМЬ (110) на спиновую поляризацию вторичных электронов
4.1 Свойства кристалла Ге№
4.2 Спин-фильтр эффект в системе Ге№3(110)-Аи
4.3 Длины свободного пробега электронов в тонкой плёнке висмута на поверхности Ге№3( 110)
Глава 5. Антиферромагнитное упорядочение поверхностной подрешётки
никеля на поверхности Ре№
Глава 6. Детектор Мотта
6.1 Детекторы спиновой поляризации
6.2 Миниатюрный детектор спиновой поляризации Мотта
Заключение
Список литературы

Введение
Развитие современной электроники приближается к фундаментальным ограничениям на уменьшение размера элементов электронных систем. Размер одного элемента электронной системы становится всё ближе к межатомным расстояниям в твёрдом теле. В ближайшее время процесс миниатюризации себя исчерпает. Для того чтобы продолжить рост вычислительных мощностей и поддержать прогресс электронных технологий необходимо найти принципиально новые решения.
Одним из перспективных направлений развития современной электроники является спиновая электроника или спинтроника. Она, в отличие от традиционной электроники, использует не только заряд электрона, но и его спиновый магнитный момент[1; 2].
В настоящее время спиновая электроника находится на начальном этапе своего развития. Ведётся поиск эффектов и материалов, а также производится создание и изучение прототипных элементов спинтроники.
Результаты, представленные в данной работе, были получены в рамках исследования различных спиновых систем на поверхности твёрдых тел. Возникающие в них эффекты могут быть использованы для нужд спиновой электроники.
Интерес к исследованиям взаимодействия поляризованных электронов с твердым телом обусловлен еще и тем, что они позволяют получать уникальную информацию о магнитной структуре поверхности металлов, сплавов, тонких пленок. Спин-поляризационная электронная оже-спектроскопия (СПЭОС) дает возможность по отдельности изучать магнитную структуру каждой из компонент, входящих в сложную магнитную систему, и, таким образом, является одним из наиболее мощных инструментов изучения низкоразмерного магнетизма.
Цель работы состояла в определении спиновой структуры поверхности магнитных кристаллов РезОд и РеТйз, а также нанесённых на них тонких
металлических плёнок, и развитии методов спин-разрешённых экспериментов. В связи с этим, в данной работе необходимо было решить следующие задачи:
1. Определить локальную магнитную структуру поверхности Ре3С>4 (110).
2. Изучить влияние напыления тонкой плёнки висмута на поляризацию оже-электронов образца Ре304 (110).
3. Определить влияние напыления плёнок золота различной толщины на поляризацию вторичных электронов кристалла Ре1Ч13(110).
4. Экспериментально определить длину пробега электронов относительно спиновой релаксации в висмуте.
5. Получить концентрацию атомов на поверхности Ре№3(110) близкую к инварной путём напыления плёнки железа, изучить возникающие при этом спиновые эффекты.
6. Создать миниатюрный классический детектор Мотта. Отработать методику проведения поляризационных измерений.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
- Получены спин-разрешённые оже-спектры поверхности Ре304. Установлено, что расщеплённый оже-пик железа формируется за счёт двух- и трёхвалентных атомов железа. Более высокоэнергетичная компонента оже-пика железа поляризована, что доказывает его связь с двухвалентным железом.
- Обнаружен эффект усиления поляризации электронов в системе Ре304( 110)-Ш. При напылении плёнки висмута толщиной в 2 моноатомных слоя поляризация оже-пика железа магнетита возрастает более чем в два раза. Полученный эффект связан с дополнительным спин-орбитальным взаимодействием оже-электронов железа при среднем угле выхода в 45°. Предложена качественная модель, объясняющая полученные результаты.
- В системе РеЫ13(110)-Аи обнаружен эффект спинового фильтра. Коэффициенты прохождения вторичных электронов образца через плёнку золота различны для противоположных ориентаций спина.

линии, и какой вклад в величину поляризации оже-линни вносят эффекты, связанные со взаимодействием испускаемых электронов. Рассмотрению данного вопроса была посвящена работа [29]. В ней проводилось исследование L3M45M45 оже-линии железа. Образец представлял из себя достаточно толстый слой железа (>30 ангстрем), напыленного на серебряную подложку (Fe/Ag(001). Оже-переход возбуждался за счет т. н. off-, либо on-resonant (2р3/г — 3d*) возбуждения. On-resonant возбуждение это случай создания дырки на определенном уровне с помощью синхротронного излучения с фиксированной энергией излучения (в рассматриваемой работе она составила 707 эВ). При таком возбуждении дырка является поляризованной с известным значением поляризации. Off-resonant - это случай классического оже-анализа, когда начальная дырка образуется за счет электронного пучка.
Основной вопрос, который решался в процессе выполнения этой работы заключался в следующем: если две 3d дырки, образующиеся в оже-процессе, не кореллируют между собой, то тогда поляризация испускаемых оже-электронов не должна изменяться при изменении поляризации начальной дырки. Поскольку облучение образца проводилось поляризованными фотонами, то поляризация оже-электронов должна отличаться в случаях on- и off-resonant возбуждения.
В результате проведенных измерений были получены следующие результаты: в случае off-resonant возбуждения значение поляризации оже-пика оказалось равным Р0д = 0,20; в случае on-resonant - Роп = 0,37. Т. е. наблюдалось весьма существенное отличие. Эти значения соотносились со значением поляризации валентной зоны железа (РУь = 0,27) следующим образом: Рoff < Pvb < Рon*
Полученные результаты были интерпретированы следующим-образом. Как уже отмечалось выше, для железа выполняется, соотношение Ueff < 2-W, поэтому оже-спектры для различных ориентаций спинов (1?(Е) и Ц(Е)) могут