Резонансные эффекты вблизи краев поглощения рентгеновского излучения при отражении от многослойных структур, страница 3

Навставке вместе с профилем плотности атомов железа изображены стоячие волны приуглах скольжения (обозначены на вставке в мрад), отмеченных вертикальнымилиниями на рисунке 5а.§2 посвящен обработке экспериментальных кривых зеркальногоотражения и выхода вторичного излучения для образца Zr(10 нм)/[Fe(1.6 нм)/Cr(1.7 нм)]26/Cr(50 нм)/стекло. Измерения были проведены с использованиемлабораторногоисточникарентгеновскогоизлученияимногофункционального спектрометра SM 4201TERLAB с высокимразрешением по энергии, достаточным, чтобы различить на спектрах выходафлуоресценции характеристические линии Zr, Fe, Cr и Sn (олово входило какпримесь в состав стеклянной подложки), что позволило одновременноизмерять угловые зависимости выхода флуоресценции для всех элементов,входящих в состав образца (точки на рис. 7, слева).

Энергия падающегоизлучения ( E MoK = 19,6 кэВ, λ = 0,635 Å) была выбрана так, чтобыодновременно возбуждать флуоресценцию атомов Zr, Fe, Cr и Sn. Анализугловых зависимостей выхода флуоресценции (сплошные линии на рис. 7,14слева) позволил восстановить профили распределения по глубине атомнойплотности Zr, Fe, Cr и Sn (рис. 7, справа) [А10-А12].08001FeCr408Fe40801Sn0061- Re() x 10Выход флуоресценции (норм.)4ZrCrZr82468 10 12Sn40040Угол скольжения, мрад80120Глубина, нмПрофиль атомной плотности, отн. ед.ЭкспериментПодгонка1160Рис. 7. Слева: экспериментальные и расчётные кривые выхода флуоресценции атомов Zr,Fe, Cr и Sn.

Справа: полученные профили распределения по глубине электроннойплотности (сплошные лини, шкала слева) и атомной плотности этих элементов(штриховка, шкала справа).В §3 проведен анализ экспериментальных энергетических резонансныхспектроввыходафотоэлектроновотмногослойнойпленкиSiO2(2 нм)/Si(83 нм)/SiO2(150 нм), измеренных на синхротронном излучениив интервале энергий падающего излучения 94-106 эВ (L2,3- край поглощенияSi) при разных углах скольжения (5о, 7о, 9о, 11о, 13о 15о, 17о, 19о, 21о, 25о) [9].Особенностью измеренных спектров явилось противофазное изменениеосцилляций в области энергий достаточно удаленных от края поглощенияверхнего слоя окисла Si, из которого и регистрировались фотоэлектроны,имеющие очень маленькую глубину выхода [10].

При изменении угласкольжения на 2о. Подгонка экспериментальных спектров и анализструктуры поля излучения (рис. 8) позволил сделать заключение [А13], что завозникновение пучности или провала на энергетическом спектре выходафотоэлектронов ответственны волноводные моды в нижележащем слоекремния.15Выход фотоэлектронов, отн. ед.SiO2/Si/SiO2o52|E(z)|o7T(z)9092949698100Энергия фотонов, эВ102104Рис. 8. Экспериментальные спектры выхода вторичных электронов из [9] (символы) и ихтеоретическая подгонка (сплошные кривые). На вставках - изменение суммарного поляизлучения с глубиной (стоячие волны) для выделенных энергий.Возникновение «клювика» на спектрах выхода фотоэлектронов в области~100 эВ обусловлено подавлением волноводного режима вследствие резкогоувеличения поглощения в крае поглощения кремния, так что намечающаясяосцилляция на спектре выхода фотоэлектронов обрывается.Четвертая глава посвящена новому методу определения магнитныхпоправок вблизи краев поглощения к тензору восприимчивости для жесткогорентгеновского излучения с использованием угловых зависимостейасимметрии отражения по знаку круговой поляризации рентгеновскогоизлучения [А14-А21].

Экспериментальная реализация метода былаосуществлена на станции ID12 Европейского источника синхротронногоизлучения (ESRF). Для определения резонансных зависимостей компоненттензора восприимчивости иттрия, обладающего наведенным магнитныммоментомвсоединенииYFe2,былизготовленобразецNb(4 нм)/YFe2(40 нм <110>)/ Fe(1.5 нм)/Nb(50 нм) в университете г. Нанси(Франция).В эксперименте были измерены рефлектометрические кривые наизлучении правой и левой круговой поляризации для набора энергийфотонов вблизи L2,3 краев поглощения иттрия (в энергетических интервалах2071 ÷ 2095 эВ и 2145 ÷ 2185 эВ).16L3 край поглощения иттрияЭнергия фотонов, эВКоэффициент отраженияАсимметрия, (R+-R-)/R++R-)2073.182074.602076.022076.742077.462077.942078.422078.912079.642080.612081.842082.582083.332084.822087.092088.61Рис.

9. Серия угловыхкривых отражения (леваячастьграфиков)иихасимметриипознакукруговой поляризации (праваячасть графиков), измеренныхдля 19 энергий фотоноввблизи L3 края поглощения Y.Значения энергий указаны всередине графика. Кривыеприведены со сдвигом по осиординат.Символыэксперимент,сплошныелинии – подгонка.2091.692095.8812312Угол скольжния, градусы3В результате одновременной подгонки рефлектометрических кривых и ихасимметрии по знаку круговой поляризации падающего излучения (рис. 9)удалось найти профили изменения с глубиной Re  0 , Im  0 , Re  magn иIm  magn . Полученные абсолютные значения этих оптических констант в слоеYFe2 для всех энергий, для которых были проведены измерения, нанесены наспектры, представленные на рис. 10. Для сравнения на этих же графикахприведены соответствующие энергетические зависимости нормированных натабличные значения спектров поглощения, кругового дихроизма и ихКрамерс-Крониг преобразования для определения реальных частей χ0 и magn .17L3-край поглощения Y в YFe2300L200-край поглощения Y в YFe2216020015014010012050100-200-200-300-300-400-400-500-500-600-600Магнитная добавкаRe 0*106(Im 0)*1061802504Im(magn)*10621002070Re(magn)*10-1-2-462Re(magn)*10208062090-2-36Im(magn)*10215021602170Энергия фотонов, эВРис.

10. Энергетические зависимости реальных и мнимых частей восприимчивости 0 () и магнитной добавки  magn () вблизи краев поглощения L3 (слева) и L2(справа) в соединении YFe2, полученные при подгонке рефлектометрических данных:каждый символ представляет результат подгонки кривой отражения и кривой ееасимметрии по знаку круговой поляризации для соответствующей энергии. Сплошныелинии – нормированные на табличные значения спектры поглощения, круговогодихроизма и их Крамерс-Крониг преобразования. Штрих-пунктир – табличные данныедля YFe2.Учитываябольшуюнеопределенностьабсолютныхзначенийвосприимчивости YFe2 в различных базах данных, соответствие результатованализа рефлектометрических данных с исходными зависимостями можносчитать достаточно хорошим.

Наиболее полное согласие получено именнодля магнитных добавок к восприимчивости – и по форме кривых и по ихабсолютному значению.18Приложение содержит описание разработанного программного пакетадля расчетов угловых и энергетических зависимостей коэффициентовотражения и выхода вторичного излучения и их поляризационныхзависимостей на основе теории отражения поляризованного рентгеновскогоизлучения от системы анизотропных слоев, изложенной в первой главе.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.

Развита теория и проведена оптимизация алгоритмов расчета кривыхотражения, выхода вторичного излучения и их асимметрии пополяризациипадающегоизлученияотмногослойныхмагнитоупорядоченных структур.2. Рассмотрено влияние анизотропии восприимчивости среды на структурустоячих рентгеновских волн и выход вторичного излучения. Показано, чтопри поглощении рентгеновского излучения антиферромагнитнымиструктурами круговой дихроизм может наблюдаться в условияхсверхструктурного брэгговского отражения за счет различия стоячихрентгеновских волн для разных поляризаций падающего излучения.3. Рассмотрены проявления интерференции магнитного и немагнитногорассеяния на кривых зеркального отражения. Дано объяснение различияформы «магнитных» брэгговских максимумов от многослойной пленки[Co73Si27 (50 Å)/Si(30 Å)]n,сантиферромагнитныммежслойнымупорядочениемдлядвухпротивоположныхнаправленийнамагниченности, наблюдавшееся в [7].

Сделан вывод, что определениехарактеристик магнитного упорядочения в структуре невозможно безкорректной расшифровки электронной структуры.4. Проведена обработка резонансных спектров выхода вторичныхфотоэлектронов для углов скольжения падающего излучения в диапазонеэнергий фотонов Eph = 90-106 эВ для углов скольжения 5, 7, 9, 11, 13 15, 17,19, 21, 25о для образца SiO2/Si/SiO2. Показано, что драматическоеизменение с углом скольжения спектров поглощения, регистрируемых повыходу вторичных электронов из поверхностного слоя окиси кремния,обусловлено формированием волноводной моды в нижележащем слое Si.Продемонстрировано, что изменение формы резонансных спектров выходавторичных электронов может использоваться для определения оптическихконстант слоев.195.