Диссертация (1150502), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Это свидетельствует о слабом взаимодействии локализованных состояний сподложкой. Для демонстрации данного факта на рисунках 3.4 (в), (ж) показано распределения спин-разрешенной электронной плотности состояний по глубине, для ‖ =0.56 Å−1 .состояния между 2 и 7 эВ на двух рисунках выглядят очень похоже. При этом пространственная локализация данных особенностей в спектральной плотности находится преимущественно в пленке золота (первые три слоя Au показаны на рисунках 3.4 (в), (ж) справа),и данные состояния практически не проникают в подложку.3.2Выводы к параграфу 3.1Таким образом, на основании анализа фотоэлектронных данных с высоким угловым испиновым разрешением, можно сформулировать следующие выводы:1.
Формирующиеся КЭС и характера в трехмонослойных тонких пленкахAu/W(110) и Au/Mo(110) имеют спиновую структуру, обусловленную индуцированным спинорбитальным взаимодействием.652. Обнаружено, что электронная энергетическая и спиновая структура Au 5 КЭС практически подобна для Au/W(110) и Au/Mo(110), в то время как для КЭС наблюдаетсябольшое спин-орбитальное расщепление в случае Au/W по сравнению с Au/Mo.3. Экспериментальные результаты подтверждены теоретическими исследованиями, которые показали малое взаимодействие локализованных Au 5 КЭС с подложкой и заметнобольшее проникновение делокализованных КЭС в подложку, вследствие чего КЭС вAu/W испытывают сильное спин-орбитальное взаимодействие на атомах вольфрама.4. Спиновую структуру КЭС характера можно описать моделью Рашбы-Бычкова длядвумерного электронного газа с расщеплением состояний с противоположными проекциямиспина по энергии, а КЭС характера описываются моделью Красовского-Чулкова и имеютспиновую поляризацию без расщепления состояний по энергии.3.3Монослои Au, Cu на поверхности W(110)Рассмотрим эффект индуцированного спин-орбитального взаимодействия для гибридизованных состояний на границе между металлом (подложкой) и тонкой пленкой.
Эффект индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия в КЭС и гибридизованных состояний, формирующихся на интерфейсе между подложкой и напыленным металлом, наблюдались ранее для легкого металла Al (Z=13), напыленного на поверхность W(110) [117,121,123].Наиболее полный анализ [123] показал, что в дополнении к спин-орбитальному расщеплению КЭС алюминия, формируются гибридизованные состояния, локализованные на интерфейсе между подложкой и напыленным металлом, и эти состояния расщеплены по спину.В результате гибридизации спин-поляризованных состояний двух типов наблюдается болеесложная спиновая структура по сравнению с ожидаемой спиновой структурой согласно модели Рашбы-Бычкова.Настоящий параграф посвящен детальным исследованиям и анализу монослоя Au (Z=79)на W(110) и сравнению с монослоем Cu (Z=29) на W(110) экспериментальными и теоретическими методами.
Ранее в литературе были экспериментально изучены системы с монослоем Au и Ag на поверхности W(110) [21, 119] и показано формирование гибридизованныхсостояний в локальной запрещенной зоне W(110). Позже были проведены теоретические исследования методом функционала плотности для данных систем [124] и было показано, чтополученное в расчетах спин-орбитальное расщепление хорошо согласуется с экспериментальными данными в работе [21, 119]. Авторы связывают большую величину экспериментальнонаблюдаемого спин-орбитального расщепления для монослоя Ag на W(110), по сравнению с66Au на W(110), с большей асимметрией волновых функций, формируемых на поверхности Agили Au атомов.В данной работе мы детально рассмотрели спиновую структуру и соответствующие дисперсионные зависимости W(110) в направлении Γ̄S̄ пЗБ и их модификацию после напылениямонослоев Au и Cu.
Подготовка чистой поверхности вольфрама описана в предыдущем параграфе. Монослойные покрытия Au и Cu напылялись на поверхность W(110) при комнатнойтемпературе. Толщина напыленного слоя оценивалась по интенсивности максимума КЭС,соответствующего формированию первого атомного слоя. Предварительная калибровка источника атомарного Au или Cu производилась с помощью кварцевых микровесов [122].Проанализируем отдельно вклады и состояний напыленного металла и подложкивследствие гибридизации электронных состояний подложки и адсорбата. Измеренные экспериментальные дисперсионные зависимости и соответствующие особенности в спиновойструктуре сравнивались с теоретическими расчетами. Показано, что в отличие от выводов,сделанных в работе [124], электронные состояния, формируемые при напылении Au, Ag, Cu,Al на W(110), могут быть рассмотрены как модифицированные поверхностные резонансы Wс существенным вкладом и волновых функций W и адсорбата и локализованы преимущественно в двух верхних слоях системы: слой адсорбата и верхний интерфейсный слой W.
Иглавным фактором, отвечающим за большое спин-орбитальное расщепление этих состояний,является внутриатомный потенциал на атомах вольфрама.Теоретические расчеты электронной структуры с учетом спин-орбитального взаимодействия проведены для поверхности W(110) и отдельно для вкладов W 5, W 6 состоянийот различных слоев W по глубине от поверхности, а также для вкладов Au 5, Au 6,Cu 3 и Cu 4 состояний напыленного металла, в контексте теории функционала плотностиметодом самосогласованного полного потенциала линеаризованных присоединенных плоскихволн (в приближении обобщенного градиента PBE). Кристаллическая структура систем быласмоделирована с использованием следующих ячеек, показанных на рисунке 3.5 (е). Расчеты проведены научной группой проф.
Ю.Б. Кудасова в рамках совместных исследований,СарФТИ, г. Саров, Россия.На рисунке 3.5 (а) представлены дисперсионные зависимости валентных электронных состояний и соответствующие поверхностные резонансы атомарно чистой поверхности W(110),измеренные в направлении Γ̄S̄ пЗБ вольфрама при энергии 62 эВ. Подробное исследованиеэлектронной структуры W(110) в различных направлениях ЗБ можно найти в работе [21].Область локальной запрещенной зоны W(110) представлена более детально на рисунке 3.5(г) и отмечена желтой пунктирной линией. Дисперсионные зависимости на рисунке 3.5 (а)67показывают хорошо различимые поверхностные резонансы (обозначены символами , , )в центре зоны при энергиях ∼0.8 и ∼1.3 эВ, которые диспергируют с увеличением ‖ .
На рисунке 3.5 (д) показан соответствующий фотоэлектронный спектр, измеренный при нормальной эмиссии, где ярко выражены поверхностные резонансы при энергиях ∼0.8 и ∼1.3 эВ.Согласно работе [125], особенности отмеченные выше интерпретируются как поверхностныерезонансы слабо взаимодействующие с объемной зоной и находящиеся в псевдозапрещеннойзоне, открываемой вследствие спин-орбитального взаимодействия. Спин-орбитальная псевдозапрещенная зона локализована вблизи центра ЗБ при энергии от ∼0.8 до ∼1.3 эВ.
Нарисунке 3.5 (а) эти состояния отмечены как и . Соответствующие фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением на рисунке 3.5 (б), измеренные при различных значениях ‖относительно нормали поверхности, демонстрируют данные особенности. Дисперсии , , антисимметрично спин-поляризованы в начальном состоянии, однако в процессе фотоэмиссии спиновая структура искажается [121]. Это явно проявляется при ‖ = 0, когда спиноваяполяризация начальных состояний должны быть равна нулю, а в эксперименте мы наблюдаем ненулевую спиновую поляризацию для этого спектра. Так как поверхностные резонансыпроисходят из W53/2 и W55/2 орбиталей, то наблюдаемое спин-орбитальное расщеплениемежду ветвями и коррелирует с величиной атомного спин-орбитального расщепления,которая для 5 уровней W составляет 0.45 эВ, а для 4 уровней Mo составляет 0.12 эВ [126].Для того чтобы идентифицировать поверхностные резонансы W(110), были измереныфотоэлектронные спектры валентной зоны при различной энергии фотонов ℎ.
На рисунке3.5 (д) точками показано изменение энергии основных особенностей в спектре нормальнойэмиссии при варьировании энергии фотонов от 40 до 150 эВ. Для сравнения, сплошными зелеными линиями показаны теоретические дисперсионные зависимости объемных зонвольфрама в направлении ΓN также при варьировании энергии фотонов. С одной стороны,результаты показывают, что энергии фотонов ℎ=60-65 эВ, используемые в эксперименте,соответствуют области вблизи точки N ЗБ.
С другой стороны, мы отмечаем, что действительно в эксперименте наблюдаются объемные зоны, которые диспергируют с изменениемℎ согласно теоретическим кривым, однако, состояния при энергии связи ∼0.8 до ∼1.3 эВ,соответствующие ветвям и , характеризуются постоянной энергией связи, что говорит обих двумерном поверхностном характере.На рисунке 3.5 (в) показаны теоретически рассчитанные дисперсии электронных состояний для чистой поверхности W(110) с учетом спин-орбитального взаимодействия, представлен полный вклад в электронную структуру от верхнего слоя W на поверхности. Отдельныевклады в электронную структуру от W5 и W6 состояний, а также вклады от следующих68Рисунок 3.5: (а) - Экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний, измеренные в направлении Γ̄S̄ атомарно чистой поверхности W(110). Панель (г)- показывает более детально область локальной запрещенной зоны, отмечена желтойпунктирной линией.
(б) - Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением, измеренные при указанных значениях ‖ относительно нормали поверхности. Спектры дляпротивоположных проекций спина показаны карсным и синим цветом. (в) - Теоретическирассчитанные дисперсии электронных состояний для чистой поверхности W(110) с учетом спин-орбитального взаимодействия. Показан полный вклад в электронную структуру от верхнего атомного слоя вольфрама. (д) - Фотоэлектронный спектр атомарночистой поверхности W(110), измеренный при нормальной эмиссии. Внутренняя вставка показывает изменение особенностей валентной зоны W(110) при изменении энергиифотонов. Разные цвета точек соответствуют различным экспериментам. (е) - Схематичное представление ячейки, используемой для теоретического расчета электроннойструктуры W(110), монослоя Au/W(110) и монослоя Cu/W(110), соответственно.69от поверхности слоев вольфрама рассмотрены более детально в работе [9].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
