Диссертация (1150502), страница 23
Текст из файла (страница 23)
6.4 (б) и(г)), то ситуация отразится симметрично. Т.е. на основании данного анализа можно сделать вывод, что действительно, поворот образца на азимутальный угол 180∘ соответствуетоперации поворота вектора магнитного момента в образце также на 180∘ .Для исследования спиновой структуры графена были измерены фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением в области точек K и K′ЗБ графена (рис. 6.5 (а) и (в),соответственно) при значениях ‖ , отмеченных на рисунке 6.2 (а) вертикальными синимистрелками. В области точки K′при значении ‖ =1.7 Å−1 наблюдаем аномально большоеспиновое расщепление состояний величиной 150 мэВ. Тогда как в противоположной точкеЗБ K величина расщепления существенно меньше и в различных экспериментах составляетот 10-40 мэВ.
Таким образом, показано формирование асимметричной спиновой структурыграфена вблизи уровня Ферми и в области противоположных точек K и K′относительноцентра ЗБ. При этом при значении волнового вектора ‖ =1.55 Å−1 , в спектрах состоянияуже локализованы ниже по шкале энергии связи и энергетически разделены с Co состояниями на уровне Ферми. В этом случае наблюдаемая в эксперименте величина спиновогорасщепления состояний достигает 40-60 мэВ и она одинакова в области двух точек K и′K .Как было показано в главе 4, интеркаляция Au под графен приводит к индуцированномуспин-орбитальному расщеплению состояний в области точки K величиной до 100 мэВ.Однако, как мы показали, наличие магнитной подложки может влиять на величину данногорасщепления.В литературных источниках опубликованы результаты, когда в тонких пленках немагнитного легкого металла на поверхности магнитного металла наблюдалась спиновая поляризация КЭС вблизи уровня Ферми, индуцированная магнитной подложкой [156–158].
Былопоказано, что такие эффекты позволяют взаимодействовать двум пространственно разделенным магнитным слоям, посредством помещенного между ними слоя немагнитного металлаи передавать магнитный момент от одного магнитного слоя к другому [158]. При определенной толщине пленки немагнитного металла, спин-поляризованная дисперсионная ветвь КЭС(соответствующая одной проекции спина, т.к. формируемые КЭС расщеплены по спину) пересекает уровень Ферми и появляется нескомпенсированная спиновая плотность на уровнеФерми.
И этот нескомпенсированный магнитный момент, обусловленный состояниями науровне Ферми, способен осуществлять взаимодействие между слоями магнитных металлов,которые также характеризуются различной плотностью электронов с противоположнымипроекциями спина на уровне Ферми.118Рисунок 6.4: Фотоэлектронные спектры Co состояний с разрешением по спину, измеренные при нормальной эмиссии. Энергия фотонов 120 эВ. Синим и красным цветомобозначены спектры для противоположных проекций спина.
Спектры (а), (б) соответствуют противоположным направлениям приложенного внешнего магнитного поля. (в),(г) - Аналогично (а), (б), но при повороте образца на азимутальный угол 180∘ относительно ориентации образца на рис. (а), (б).119Можно предположить, что в случае графена на Co с интеркалированным Au можно ожидать аналогичную ситуацию. Co приводит к индуцированной спиновой поляризации электронных состояний в немагнитном слое Au и в графене. При этом в графене на Co(0001) мыне могли наблюдать подобных эффектов вследствие того, что конус Дирака был существенноискажен в области локализации Co состояний вблизи уровня Ферми.Рисунок 6.5: Фотоэлектронные спектры с разрешением по спину, измеренные в направлении ΓK ЗБ графена при значениях ‖ , отмеченных на рис.
6.2 (а) вертикальными′стрелками, в области (а) - точки K и (в) - точки K ЗБ графена. Энергия фотонов 62.5эВ. Синим и красным цветом обозначены спектры для противоположных проекций спина. (б) - Схематичное представление спиновой структуры графена в области точек K′и K , обусловленной индуцированным спин-орбитальным и обменным взаимодействием.В других работах было показано [46, 159], что совместное влияние спин-орбитального иобменного взаимодействия в некоторых системах приводит к нетривиальной структуре валентных электронных состояний. В случае только спин-орбитального взаимодействия длядвумерных состояний, характеризующихся параболической дисперсионной зависимостью,происходит расщепление параболической дисперсии на две соответствующие противоположным проекциям спина, параллельно сдвинутые вдоль ‖ .
В случае только обменного взаимодействия параболическая дисперсия расщепляется также на две, но смещение происходитпо энергии и без изменения ‖ . Комбинация этих двух взаимодействий (спин-орбитального иобменного) приводит к сдвигу параболических дисперсий, соответствующих противоположным проекциям спина, как по ‖ , так и по энергии [159].
При этом, если вектор магнитногомомента направлен вдоль рассматриваемого направления измерения ‖ , т.е. M ↑↑ ‖ , то вданном случае спин-орбитальное взаимодействие пропадает.120Применительно к нашим исследованиям системы графен/Au/Co, данную модель влияния спин-орбитального и обменного взаимодействия можно описать следующим образом,как представлено на рисунке 6.5 (б). Если вектор магнитного момента перпендикулярен направлению измерения ‖ , то вдоль этого направления ‖ будет наблюдаться асимметричнаяспиновая структура состояний в ЗБ графена относительно точки Γ (для проекций спинана ось, перпендикулярную ΓK в плоскости образца). Т.е.
на одной границе ЗБ графена вточке K′будет наблюдаться большое расщепление состояний по спину, а в противопо-ложной точке ЗБ в точке K расщепление будет существенно меньше, см. рис. 6.5 (б) илиработу [46]. При этом данная модель применима только к области вблизи уровня Ферми,где локализованы Co состояния, как и в случае КЭС в работах [156–158]. А вне областилокализации состояний Co, но также в области конуса Дирака, наблюдаемое расщепление состояний практически постоянно и описывается скорее моделью Рашбы для графена.Рисунок 6.6: Фотоэлектронные спектры с разрешением по спину, измеренные в направлении ΓK ЗБ графена при значениях ‖ , отмеченных на рис.
6.2 (а) вертикальнымистрелками, в области K ЗБ графена и при противоположных направлениях внешнегоприложенного магнитного поля - (а) и (б), соответственно. Энергия фотонов 62.5 эВ.Синим и красным цветом обозначены спектры для противоположных проекций спина.Для доказательства того, что данное расщепление состояний на уровне Ферми обусловлено влиянием обменного взаимодействия, были проведены исследования электроннойспиновой структуры состояний при изменении магнитного момента внешним приложенныммагнитным полем. Данные результаты представлены на рисунке 6.6. Показано, что при перемагничивании образца, спиновая поляризация состояний меняется инверсным образом.121Это согласуется и с инверсным изменением спиновой поляризации состояний Co вблизиуровня Ферми, как показано для спектров при ‖ =1.5 Å−1 , где состояния Co оказываютсяэнергетически отделены от состояний.
Таким образом, показано явное влияние обменноговзаимодействия на расщепление состояний вблизи уровня Ферми.6.2СТМ исследования. Теоретическое описание электронной и спиновой структурыПроведение теоретических исследований показало, что рассмотрение слоистой системыCo-Au-графен с монослоем Au под графеном, который блокирует сильное взаимодействие графена с Co, не приводит к корректному описанию электронной и спиновой структуры графена,наблюдаемой в эксперименте. Поэтому были проведены детальные исследования локальнойатомной структуры поверхности исследуемой системы методом сканирующей туннельноймикроскопии (СТМ). И было обнаружено, что при определенных параметрах сканированиямы можем наблюдать различные СТМ изображения. На рисунке 6.7 (а), (б) показана одна ита же область поверхности, но измеренная при различных параметрах сканирования: рисунок 6.7 (а) соответствует приложенному напряжению = 5 мВ и туннельному току = 0.43нА, рисунок 6.7 (б) - = 2 мВ и = 0.43 нА.
При этом при более низких напряжениях(рис. 6.7 (б)) наблюдается классическая картина муара, описываемая в литературе для системы графен/Au/Ni и обусловленная несовпадением кристаллических решеток графена иподложки [45, 132]. А при более высоких приложенных напряжениях (рис. 6.7 (а)) наблюдаем структурные дислокации треугольной формы, и период этих дислокаций совпадает спериодом муара. На рисунке 6.7 (в) показано СТМ изображение некоторой другой областиповерхности графена, полученное при промежуточных параметрах сканирования, = 3 мВи = 0.4 нА. В этом случае наблюдаем одновременно классический муар графена с интеркалированным Au (нижняя часть изображения) и периодические структурные дислокациитреугольной формы (верхняя часть изображения).Более детальный анализ треугольных структурных дислокаций показал, что периодичность данных дислокаций совпадает с периодом муара (характерный для сверхструктуры(9.5×9.5)), т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
