Автореферат (1150501), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Использованиеграфена с большим спиновым расщеплением в данных системах позволитсущественно улучшить характеристики спиновых устройств благодаря егоуникальным свойствам, обусловленным линейным конусом Дирака электронныхсостояний вблизи уровня Ферми. При этом возможность созданияиндуцированной спиновой поляризации электронных состояний в материалах изэлементов с малым атомным номером (в том числе в графене) при контакте сматериалами из элементов с большим атомным номером позволит использоватьих для создания устройств спинтроники.
В данной работе предлагаются моделиэлектронных устройств в области спинтроники, разработанные на основеграфена и его контакта с тяжелыми металлами (Au и Pt) – этоусовершенствованный графеновый спиновый фильтр и устройствопереключения намагниченности формируемыми спиновыми токами в системе«ферромагнетик/Au/графен/Pt» без использования внешнего магнитного поля.6Научные положения, выносимые на защиту:1. Индуцированноеспин-орбитальноерасщеплениеspквантовыхэлектронных состояний в тонких слоях Au на поверхности W(110) илиMo(110) определяется материалом подложки и увеличивается с ростом ееатомного номера, а спиновая поляризация d квантовых электронныхсостояний не зависит от подложки и определяется атомным номеромнапыленного металла Au.2.
В системе с эпитаксиально выращенным монослоем Au или Cu наповерхности W(110) гибридизованные состояния, формируемые влокальной запрещенной зоне вольфрама, расщеплены по спину.Расщепление определяется влиянием спин-орбитального взаимодействия вподложке и зависит от взаимно компенсирующих вкладов в спинорбитальное взаимодействие от атомов подложки и напыленного металла,что приводит к большей величине расщепления в случае Cu/W, чем Au/W.3.
Индуцированное спин-орбитальное расщепление в графене зависит отсостава и структуры подложки (Au/Ni, Au/Co, Cu/Ni, Bi/Ni, Pt), атомныхномеров элементов ее составляющих и структуры валентной зоны.Индуцированное спин-орбитальное расщепление π состояний графена наNi(111) c интеркалированными атомами Au и графена на Pt(111) достигает80-100 мэВ и зависит от наличия в валентной зоне нижележащего металласпин-поляризованных d состояний.4. Выявлено совместное влияние индуцированного спин-орбитального иобменного взаимодействия на спиновую структуру π состояний в системеграфен/Au/Co(0001).
Показана асимметричная спиновая структура для двухдолин около противоположных точек K на границе зоны Бриллюэнаграфена с величиной спинового расщепления 150 мэВ и 10-40 мэВ,соответственно.5. На основании полученных результатов предложены модели электронныхустройств для спинтроники – графенового спинового фильтра и устройствапереключения намагниченности формируемыми спиновыми токами всистеме «ферромагнетик/Au/графен/Pt» без использования внешнегомагнитного поля.Апробация работы.Основные результаты работы были представлены и обсуждались наследующих российских и международных конференциях: «Science and Progress»(г.
Санкт-Петербург, 2009), Первая Немецко-Российская междисциплинарнаяконференция «The Structure and Dynamics of Matter» (г. Берлин, Германия, 2010),«Science and Progress» (г. Санкт-Петербург, 2010), XV Международныйсимпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» (г. Нижний Новгород, 2011),Международная конференция «Advanced Carbon Nanostructures» (ACN'2011) (г.Санкт-Петербург, 2011), Международная школа для молодых ученых «CarbonNanostructures Diagnostics» (г. Санкт-Петербург, 2011), XXIII симпозиум«Современная химическая физика» (г. Туапсе, 2011), «Science and Progress 2011»(г.
Санкт-Петербург, 2011), XVI Международный симпозиум «Нанофизика и7наноэлектроника» (г. Нижний Новгород, 2012), Российско-Немецкаяконференция «Fundamentals and Applications of Nanoscience» (г. Берлин,Германия, 2012), Международный семинар «Ordering and dynamics in magneticnanostructures» (г. Санкт-Петербург, 2012), 2-ая Международная школа пофизике поверхности «Технологии и измерения атомного масштаба» (SSS TMAS)(г. Сочи, 2012), «Science and Progress 2012» (г. Санкт-Петербург, 2012), XVIIМеждународный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» (г. НижнийНовгород, 2013), The European Workshop on Epitaxial Graphene (EWEG'2013) (г.Осуа, Франция, 2013), Международная школа для молодых ученых «AdvancedCarbon Nanostructures and methods of their Diagnostics» (г.
Санкт-Петербург,2015), 12-ая Международная конференция «Advanced Carbon Nanostructures»(ACNS'2015) (г. Санкт-Петербург, 2015)Публикации.По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 8 статей врецензируемых журналах [A1-A8] и 2 статьи в сборниках трудов конференций.Личный вклад автора.Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либов соавторстве при его непосредственном участии.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, литературного обзора, шести глав изаключения. Полный объем диссертации составляет 158 страниц, включая 58рисунков.
Список литературы содержит 176 ссылок.Содержание работыВо Введении обсуждается актуальность работы, её практическая значимость,формулируются цели и задачи диссертации. В конце введения представленынаучные положения, выносимые на защиту, и описывается структурадиссертации.Первая глава носит обзорный характер и посвящена рассмотрению спинорбитального взаимодействия на поверхности металлов и в графене. Особоевнимание уделено описанию электронной энергетической и спиновой структурыграфена на различных подложках и ее модификации при интеркаляции подграфен металлов различной природы.
На основании литературного обзорасформулированы основные направления исследований.Во второй главе описываются основные экспериментальные методыисследования, которые использовались в работе, а именно: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), позволяющаяполучать информацию об остовных уровнях электронной структурыисследуемых систем;8 фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (ФЭСУР),позволяющая получать подробную информацию о дисперсии электронныхсостояний в валентной зоне; фотоэлектронная спектроскопия с угловым испиновымразрешением,позволяющаяполучатьдополнительнуюинформацию о спиновой поляризации исследуемых электронных состояний; дифракция медленных электронов (ДМЭ), позволяющая исследовать качествоповерхности образцов, их кристаллографическую структуру, а такжеориентировать образцы в требуемых высокосимметричных направлениях зоныБриллюэна для измерений методом ФЭСУР. сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), которая использовалась дляисследования локальной атомной структуры поверхности.Подготовка систем и все экспериментальные исследования проводились вусловиях сверхвысокого вакуума ~1-2·10-10 торр.В третьей главе представлены результаты исследования индуцированнойспиновой поляризации, обусловленные спин-орбитальным взаимодействием, внизкоразмерных системах на основе металлов.
Исследована электроннаяэнергетическая и спиновая структура 3-х монослоев (МС) Au на поверхностимонокристаллов W(110) (атомный номер Z=74) и Mo(110) (Z=42). Подложкивыбраны не случайно, т.к. они обладают схожей электронной структурой, носущественно различными атомными номерами и величиной спин-орбитальноговзаимодействия. Дисперсионные зависимости и фотоэлектронные спектры сугловым и спиновым разрешением для 3 МС Au/W(110) представлены на рис. 1.Рис.
1. (а) – Дисперсионные зависимости и КЭС для 3 МС Au/W(110),измеренные методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением внаправлении ГН поверхностной зоны Бриллюэна (ПЗБ). Энергия фотонов 62 эВ. (б) –Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением в диапазоне энергий от 0 до 3эВ (область КЭС) и (в) - от 0 до 7 эВ (область КЭС), измеренные при значенияхkII, отмеченных на (а) вертикальными белыми линиями. Спектры дляпротивоположных проекций спина показаны красным и синим цветом.9Экспериментальные результаты для 3 MC Au/Mo(110) продемонстрированы вдиссертации.
Показано, что в валентной зоне данных систем (3MC Au/W(110) и3MC Au/Mo(110)) формируются квантовые электронные состояния (КЭС) sp и dхарактера (рис. 1(а)), спиновая структура которых обусловлена индуцированнымспин-орбитальным взаимодействием. При этом электронная и спиноваяструктура локализованных КЭС d характера, представленная на рис. 1(в)практически подобна для Au/W и Au/Mo, т.е. не зависит от подложки,определяется спин-орбитальным взаимодействием в пленке напыленногометалла и описывается моделью Красовского-Чулкова, схематичноепредставление которой показано на вставке в нижней части рис. 1(в).
В то жевремя, обнаружено взаимодействие делокализованных sp КЭС с электроннымисостояниями подложки, вследствие чего спиновая структура этих sp КЭСзависит от спин-орбитального взаимодействия в подложке и спин-орбитальноерасщепление sp КЭС в случае Au/W существенно больше, чем для Au/Mo (рис.1(б)). Спиновая структура sp КЭС описывается моделью Рашбы-Бычкова длядвумерного электронного газа, схематическое представление которой показанона вставке в нижней части рисунка 1(б), с расщеплением двух параболическихдисперсионных зависимостей, соответствующих противоположным проекциямспина.Рассмотрен эффект индуцированного спин-орбитального взаимодействия длягибридизованных состояний на границе между металлом (подложкой) и тонкойпленкой.
Исследована электронная и спиновая структура монослоя Au (Z=79) иCu (Z=29) на поверхности W(110). На рисунке 2(а),(в) представленыдисперсионные зависимости электронных состояний для 1 МС Au/W(110) и 1МС Cu/W(110). Показано формирование в локальной запрещенной зонеподложки вольфрама (пунктирные области на рис. 2(а),(в)) гибридизованныхэлектронных состояний (обозначены красной и синей стрелками). Данныесостояния расщеплены по спину и фотоэлектронные спектры со спиновымРис. 2. Дисперсионные зависимости электронных состояний для монослоя Au/W(110)– (а) и монослоя Cu/W(110) – (в), измеренные в направлении ГS ПЗБ W(110). Энергияфотонов 62 эВ и 60 эВ, соответственно. Фотоэлектронные спектры со спиновымразрешением, измеренные при указанных значениях kII относительно нормалиповерхности для монослоя Au/W(110) – (б) и монослоя Cu/W(110) – (г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
