Диссертация (1150502)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”На правах рукописиРЫБКИНА Анна АлексеевнаЭффекты индуцированной спиновой поляризации и их роль вформировании электронной и спиновой структуры низкоразмерныхсистемСпециальность 01.04.07 – Физика конденсированного состоянияДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наукШикин Александр МихайловичСанкт-Петербург – 2015СодержаниеВведение . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1Спин-орбитальное взаимодействие в низкоразмерных системах . . . . . . . . .101.2Графен. Особенности электронной и кристаллической структуры . . . . . . . .131.3Спин-орбитальное взаимодействие в графене . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.4Графен на неметаллических и металлических подложках Ni(111), Co(0001).1.5Синтез, описание электронной и спиновой структуры. . . . . . . . . . . . . . .22Интеркаляция как способ модификации электронной структуры графена . . . .282 Экспериментальные методы исследования . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 312.1Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312.1.1Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) . . . . . . . . .352.1.2Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (ФЭСУР) . . .372.1.3Фотоэлектронная спектроскопия с угловым и спиновым разрешением2.1.4Технические детали и экспериментальное оборудование ФЭС . . .
. . .. 40432.2 Дифракция медленных электронов (ДМЭ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.3 Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .523 Эффекты индуцированной спиновой поляризации в тонких слоях металлов . . 563.1Тонкий слой Au на поверхности W(110) и Mo(110) . . . . . . . . . . . . .
. . .573.2 Выводы к параграфу 3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .643.3 Монослои Au, Cu на поверхности W(110) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .653.4 Выводы к параграфу 3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .754 Индуцированное спин-орбитальное взаимодействие в графене при контакте сметаллами различной природы (Au, Pt, Bi, Cu) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.1Особенности формирования электронной и спиновой структуры графена наNi(111) с интеркалированными атомами Au, Cu, Bi . . . .
. . . . . . . . . . . .27734.2 Электронная и спиновая структура графена на Pt(111) . . . . . . . . . . . . . .874.3 Выводы к главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .885 Интеркаляция Al под графен на Ni(111). Механизм взаимодействия интеркалированного металла с подложкой . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.1Анализ РФЭС спектров внутренних уровней. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .935.2 Исследование методом дифракции медленных электронов (ДМЭ) . . . . . . . . 1005.3 Анализ ФЭСУР спектров валентной зоны . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.4 Обсуждение экспериментальных результатов по интеркаляции Al . . . . . . . . 1085.5 Выводы к главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096 Индуцированное обменное и спин-орбитальное взаимодействие в системе графен/Au/Co(0001) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 1116.1Исследование электронной и спиновой структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . 1126.2 СТМ исследования. Теоретическое описание электронной и спиновой структуры 1216.3 Выводы к главе 6 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1257 Возможности применения систем на основе графена в спинтронике . . . . . . . 1277.1Графеновый спиновый фильтр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1277.2 Устройство спинтроники для реверсного перемагничивания ферромагнитныхнаноточек формируемыми спиновыми токами . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 1337.3 Выводы к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 141Список сокращений и терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158ВведениеАктуальность работыДиссертация посвящена исследованию эффектов индуцированной спиновой поляризациинизкоразмерных систем на основе металлов и графена.
В настоящее время исследования спиновой структуры низкоразмерных систем привлекает повышенное внимание вследствие бурного развития спинтроники – нового направления наноэлектроники, основанного на управлении спином электрона посредством внешнего магнитного поля или эффективного поля,обусловленного спин-орбитальным взаимодействием [1]. Однако использование внешнегомагнитного поля существенно затрудняет уменьшение размеров разрабатываемых устройствспинтроники.
Поэтому наиболее перспективным является использование спин-орбитальноговзаимодействия, которое также приводит к эффектам спиновой поляризации электронных состояний. Исследованные в работе эффекты индуцированного подложкой спин-орбитальноговзаимодействия в материалах с малыми атомными номерами (Z<50), в том числе в графене(Z=6), приводят к модификации спиновой структуры данных материалов, расщеплению поспину их валентных электронных состояний. Исследование графена и графен-содержащихсистем по-прежнему является наиболее перспективным направлением в современном мировом научном сообществе [2–4].
Графен представляет собой двумерный материал, состоящийиз атомов углерода. Он обладает уникальными физико-химическими свойствами, обусловленными линейной дисперсией валентных электронных состояний вблизи уровня Ферми,вследствие чего носители заряда в графене обладают практически нулевой эффективноймассой и аномально высокой подвижностью. Высокая проводимость графена, несмотря натолщину слоя всего в один атом при комнатной температуре делает его перспективнымматериалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.При этом внутреннее спин-орбитальное взаимодействие в квазисвободном графене оченьмало (меньше 1 мэВ [5]), что не позволяет использовать его в устройствах спинтроникив качестве активного элемента.
Однако, в данной работе изучена возможность создания45аномально большого индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия в графене при контакте с металлами. Таким образом, исследование индуцированной спиновойполяризации электронных состояний в графене открывает дополнительные возможности дляиспользования его уникальных свойств в спинтронике и конструирования новых спиновыхнизкоразмерных устройств. Поэтому тема диссертационной работы является, безусловно,актуальной.Цель диссертационной работыРабота заключалась в исследовании особенностей электронной и спиновой структурынизкоразмерных систем на основе графена и тонких слоев металлов с различной структурой валентной зоны и атомным номером и выявлении эффектов индуцированной спиновой поляризации электронных состояний, возникающих при контакте элементов с большими малым атомным номером.
Для этого исследовались тонкие слои металлов с различныматомным номером на подложках также с различным атомным номером (W(110) и Mo(110))для определения влияния адсорбируемого металла и подложки на электронную и спиновуюструктуру изучаемых систем, а также исследовались особенности электронной и спиновойструктуры графена при контакте с немагнитными металлами (Au, Cu, Bi, Pt, Al), характеризующимися различной величиной спин-орбитального взаимодействия, и ферромагнитнымметаллом для выявления факторов, влияющих на формирование индуцированного подложкойспин-орбитального расщепления электронных состояний графена, и возможности модуляцииданного расщепления в результате обменного взаимодействия в ферромагнитной подложке.Научная новизна: Работа содержит большое количество новых экспериментальных результатов и сформулированных научных заключений.
Ниже перечислены наиболее важныеиз них:1. Обнаружено, что формируемые квантовые электронные состояния и характера втрехмонослойных пленках Au на W(110) и Mo(110) имеют различную спиновую структуру, обусловленную спин-орбитальным взаимодействием. Спиновая структура квантовых электронных состояний характера описывается моделью Рашбы-Бычкова длядвумерного электронного газа с расщеплением состояний с противоположными проекциями спина по энергии, а спиновая структура квантовых электронных состояний характера описывается моделью Красовского-Чулкова и имеет спиновую поляризациюбез расщепления состояний по энергии.2. Показано, что для монослоя Au или Cu на поверхности W(110) формируемые гибридизованные состояния в локальной запрещенной зоне подложки вольфрама расщеплены6по спину вследствие индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия.При этом величина расщепления в случае Cu/W(110) больше, чем в случае Au/W(110),что определяется влиянием спин-орбитального взаимодействия в подложке и зависитот взаимно компенсирующих вкладов в спин-орбитальное взаимодействие от атомовподложки и напыленного металла.3.
Выявлено, что индуцированное спин-орбитальное взаимодействие в графене при контакте с различными металлами зависит от наличия в валентной зоне нижележащегометалла спин-поляризованных состояний, взаимодействие с которыми может приводить к спин-орбитальному расщеплению состояний графена. Подобные эффектыспин-зависимой гибридизации и большого спин-орбитального расщепления состоянийбыли выявлены для систем графен/Au/Ni(111) и графен/Pt(111).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
