Диссертация (1150502), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Было показано,что электронные состояния с преобладающим вкладом W 5 состояний от поверхностныхатомов (в основном от атомов поверхностного слоя вольфрама) локализованы вдоль края локальной запрещенной зоны W(110) (отмечено на рисунке 3.5 (в) черной стрелкой). При этомв этой области также присутствует вклад от W 6 состояний и его преобладающий характернаблюдается в расчетах вдоль края локальной запрещенной зоны вблизи уровня Ферми [9].Согласно теоретическим данным [125], состояния на поверхности W(110) расщеплены назоны, отмеченные на рисунке 3.5 (в) различными цветами.
Область спин-орбитальной псевдозапрещенной зоны, по границам которой локализованы главные W 5 резонансы, отмеченачерным кружком.Рассмотрим модификацию электронной и спиновой структуры при напылении монослояAu или Cu на поверхность W(110). На рисунках 3.6 (а) и 3.7 (а) представлены экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний для 1МС Au/W(110) и 1МСCu/W(110), соответственно, измеренные в Γ̄S̄ направлении пЗБ. Как видно из дисперсионных зависимостей, в спектрах кроме особенностей, соответствующих КЭС, по-прежнемуприсутствуют особенности, связанные с поверхностными резонансами , , , описаннымивыше. Однако, после напыления монослоя Au или Cu, дисперсии этих состояний формируются в центре запрещенной зоны в виде двух расщепленных состояний, дисперсия которыхпродолжается в псевдозапрещенную зону.
Ниже будет показано, что данное расщеплениеобусловлено спин-орбитальным взаимодействием. Интересно отметить, что величина расщепления между этими ветвями в области с малыми значениями ‖ примерно одинаковадля случая Au и Cu, и даже больше для Cu/W(110), несмотря на существенную разницув атомных номерах этих металлов. При этом, при приближении этих состояний к уровнюФерми (т.е. с увеличением ‖ ), величина расщепления для монослоя Au на W(110) уменьшается, эти состояния практически сливаются, в то время как для монослоя Cu величинарасщепления остается практически неизменной вплоть до уровня Ферми.
Подобные отличиядисперсионных зависимостей для монослоя Au и Ag на поверхности W(110) наблюдалисьэкспериментально [119] и теоретически [124] ранее в литературе.На рисунке 3.6 (в), (г) показан вклад в полную электронную структуру монослоя Au наW(110), обеспеченный состояниями поверхностного слоя атомов W на интерфейсе (г) и отслоя Au (в). На рисунке 3.6 (д) показано наложение теоретически полученных дисперсионных зависимостей из (г) на экспериментально измеренную картину из (а) в области энергийсвязи от 2 эВ и до уровня Ферми.
Наблюдается хорошее согласие полученных теоретическихрезультатов с экспериментом. При этом, как видно из рисунка 3.6 (в), (г), расщепленные70Рисунок 3.6: (а) - Экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний для монослоя Au/W(110), измеренные в направлении Γ̄S̄ пЗБ. Для лучшей визуализации дисперсионные зависимости представлены в виде второй производной по энергии2 /()2 . Энергия фотонов 62 эВ. (б) - Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением, измеренные при указанных значениях ‖ относительно нормали поверхности.Спектры для противоположных проекций спина показаны красным и синим цветом.
(в),(г) - Теоретические дисперсионные зависимости 1МС Au/W(110) в направлении Γ̄S̄ пЗБ.(в) - Показан вклад в электронную структуру атомов золота, (г) - вклад атомов вольфрама на интерфейсе. (д) - Сравнение теоретических дисперсионных зависимостей изрисунка (г) с экспериментальными из рисунка (а).71состояния в локальной запрещенной зоне Au/W(110) обусловлены в первую очередь вкладом состояний, которые для чистой поверхности W(110) были локализованы вдоль границылокальной запрещенной зоны. Напыление монослоя Au сопровождается гибридизацией W, состояний подложки с Au , состояниями и приводит к “отщеплению” состояний отграницы локальной запрещенной зоны к ее центру (черная стрелка на рисунке 3.6 (г)). Приэтом вклад от атомов W на интерфейсе больше, чем от атомов Au, что говорит о влиянииатомов подложки на расщепление данных состояний.
В литературе было показано, что вслучае монослоя Au на Mo(110) величина наблюдаемого спин-орбитального расщеплениязначительно ниже [119].Рисунок 3.7: (а) - Экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний для монослоя Сu/W(110), измеренные в направлении Γ̄S̄ пЗБ. Для лучшей визуализации дисперсионные зависимости представлены в виде второй производной по энергии2 /()2 .
Энергия фотонов 60 эВ. (б) - Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением, измеренные при указанных значениях ‖ относительно нормали поверхности.Спектры для противоположных проекций спина показаны красным и синим цветом. (в),(г) - Теоретические дисперсионные зависимости 1МС Сu/W(110) в направлении Γ̄S̄ пЗБ.(в) - Показан вклад в электронную структуру атомов вольфрама на интерфейсе, (г) вклад атомов меди.На рисунке 3.7 (в), (г) показаны теоретические расчеты с учетом спин-орбитального взаимодействия для монослоя Cu на W(110). Расчеты также показывают преобладающий вкладот атомов верхнего (интерфейсного) слоя W в гибридизованные состояния, формирующиесяв локальной запрещенной зоне.
При этом, вклад от атомов Cu также существенный, что72является подтверждением гибридизации между электронными состояниями подложки W инапыленных атомов Cu.Как было упомянуто ранее, сравнение дисперсионных зависимостей гибридизованныхсостояний для монослоя Au или Cu на поверхности W(110) показывает различную величину расщепления в области, где эти состояния пересекают уровень Ферми. Для Cu/W(110)величина расщепления много больше, чем для Au/W(110).Рассмотрим более детально спиновую структуру исследуемых систем.
На рисунках 3.5(б), 3.6 (б), 3.7 (б) представлены серии фотоэлектронных спектров со спиновым разрешениемдля атомарно чистой поверхности W(110), монослоя Au или Cu, напыленных на поверхностьW(110), соответственно, измеренные при указанных значениях ‖ в направлении Γ̄S̄ . Каквидно из спектров 3.5 (б), ветви поверхностных резонансов , , имеют антисимметричную спиновую поляризацию для положительных и отрицательных значений ‖ относительнонормали поверхности и хорошо описываются моделью поверхностных резонансов (модельКрасовского-Чулкова), упомянутой в параграфе 3.1 и описанной в работе [115, 121].Аналогичная антисимметричная спиновая поляризация для положительных и отрицательных значений ‖ по отношению к нормали поверхности, также наблюдается и для гибридизованных состояний в локальной запрещенной зоне для Au или Cu на поверхности W(110)(зеленые области на рисунке 3.6 (б) и рисунок 3.7 (б)).
Наблюдается практически полнаяспиновая поляризация этих состояний в спин-разрешенных спектрах. Как было упомянутовыше, эти гибридизованные состояния обусловлены вкладом поверхностных резонансов , и формируются в локальной запрещенной зоне вследствие гибридизации между , состояниями W и , состояниями напыленного металла. Отметим, что вблизи уровня Ферми всистеме Au/W(110) наблюдаются состояния в области ‖ ∼ 0.2 − 0.4 Å−1 (отмечены пунктирными кружками на рисунке 3.6 (б)). Эти состояния, как показали расчеты, обусловленывкладом Au состояний и характеризуются антисимметричной спиновой поляризацией, чтов совокупности с их локализацией вблизи уровня Ферми может играть важную роль приформировании спиновых токов в данной системе.Для того, чтобы разделить вклады в спин-орбитальное расщепление индуцированноеподложкой и напыленным металлом, были проведены теоретические расчеты с учетом и безучета спин-орбитального взаимодействия отдельно на атомах W и Au.
Результаты данныхрасчетов представлены на рисунке 3.8 (а), (д) и представляют полную электронную структуру и дисперсионные заивисимости для монослоя Au на W(110) с учетом спин-орбитальноговзаимодействия на атомах W и Au (аналогично рисункам 3.6 (в), (г)). На рисунках 3.8(б), (е) показаны результаты для той же системы, но без учета спин-орбитального взаимо-73действия. Сравнивая с рисунками (а), (д), видно, что, без учета спин-орбитального взаимодействия, ветви электронных состояний в локальной запрещенное зоне сливаются в одну ветвь.
Это подтверждает наш вывод о том, что расщепление данных гибридизованныхсостояний обусловлено спин-орбитальным взаимодействием. Соответствующее обозначениеветвей электронных состояний синим и красным цветом показывает вклад 3/2 и 5/2 состояний, соответственно, которые характеризуются противоположной ориентацией спина. Этиобозначения были согласованы с расчетами плотности электронных состояний с различнымвкладом 3/2 и 5/2 состояний: проекция спина вверх для 3/2 состояний (синий цвет) ипроекция спина вниз для 5/2 состояний (красный цвет).На рисунке 3.8 (в), (ж) и 3.8 (г), (з) представлены расчеты без учета спин-орбитальноговзаимодействия либо в Au, либо в W, соответственно.
Видно, что при “выключении” спинорбитального взаимодействия в Au, величина спин-орбитального расщепления для гибридизованных состояний в Au/W(110) увеличивается и дисперсионные зависимости становятся подобны тем, что наблюдались для Cu/W(110) (см. рисунок 3.7), т.е. большое спинорбитальное расщепление обусловлена в основном спин-орбитальным взаимодействие на атомах W.
С другой стороны, “выключение” спин-орбитального взаимодействия в W не приводит к полному исчезновению расщепления. Вместо этого наблюдается инверсия ориентацииспина для двух ветвей в локальной запрещенной зоне. Это означает, что вклады в спинорбитальное взаимодействие от W и от Au действуют в противоположных направлениях иприводят к суммарному уменьшению величины спин-орбитального расщепления в исходнойсистеме с учетом спин-орбитального взаимодействия как в Au, так и в W (рисунок 3.8 (а),(д)).Таким образом, малое спин-орбитальное взаимодействие в Cu (как и в Ag, или даже вAl) приводит к большей величине спин-орбитального расщепления гибридизованных состояний в локальной запрещенной зоне для Cu/W(110), Ag/W(110) и Al/W(110) по сравнениюс Au/W(110). И для корректного описания поведения спин-орбитального расщепления недостаточно только анализа асимметрии волновых функций между поверхностными атомами ивакуумом [124].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
