Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Радиофизический факультет

Кафедра физической электроники

Работа допущена к защите

Зав. кафедрой

_____________А.Э. Фотиади

“ ” июня 2012 г.

В Ы П У С К Н А Я Р А Б О Т А

На тему:

Электронная оже-спектроскопия тонких пленок LiF

Направление: 210100 «Электроника и микроэлектроника»

Выполнил студент гр.4094/12 Кан Н.С.

Руководитель, Устинов А.Б.

ст.преподаватель, к.ф.-м.н.

Cанкт-Петербург

2012 г.

Оглавление

Оглавление 2

Введение 3

§ 1. Обзор литературы 4

1.1 Поляризованные электроны 4

Свойства кристалла FeNi₃ 6

1.3 Свойства фторида лития и его тонких плёнок 7

§ 2. Методика проведения эксперимента 10

§ 3. Исследование длины пробега относительно спиновой релаксации в тонкой плёнке LiF 14

3.1 Калибровка источника напыления фторида лития 14

3.2 Исследование длины пробега относительно спиновой релаксации в тонкой плёнке LiF. 17

3.3 Модель 20

Заключение 22

Список использованной литературы 23

Введение

Во второй половине прошлого века в микроэлектронике выделилось направление – магнитная электроника, использующая магнитные материалы и свойства частиц. Со временем эта область обрела более известное имя – спинтроника. Она занимается теми же проблемами, что и обычная электроника, то есть хранением, обработкой и передачей информации, но носителем информации является не заряд электрона, а его спин.

Основные преимущества устройств спиновой электроники, следующие из другого принципа работы - низкое энергопотребление и высокое быстродействие. Однако спинтроника пока находится на начальном этапе своего развития: создаются прототипы устройств, производится изучение и поиск эффектов, связанных со спином электрона, исследуются свойства перспективных материалов.

Одним из важных и открытых вопросов является анализ свойств потоков спин-поляризованных электронов после прохождения их внутри твёрдого тела. Полученные при этом данные могут применяться при проектировании устройств спиновой электроники.

Основной целью данной работы было получение информации о длине пробега поляризованных электронов относительно спиновой релаксации в тонких плёнках фторида лития на поверхности FeNi₃(110). В параграфе 1 приведён краткий обзор литературы по теме исследования: вводятся основные понятия о поляризованных электронах, приводятся свойства подложки и напыляемой плёнки. Во втором параграфе описана техника эксперимента. Третий параграф содержит подпараграфы, связанные с калибровкой источника напыления LiF, изучением поляризации вторичных электронов, вышедших в вакуум через плёнки фторида лития различной толщины, и модельным представлением, позволяющим объяснить полученные экспериментальные результаты. В заключении приводится краткий обзор основных результатов работы.

§ 1. Обзор литературы

1.1 Поляризованные электроны

Спин – собственный момент импульса элементарной частицы, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спин электрона является его первичной характеристикой и не сводится к чему-либо более простому. Проекция спина электрона на ось квантования может принимать два значения и , абсолютное значение спина равно ^{[1, 2]} .

Со спином электрона связан магнитный момент (собственный, или спиновый магнитный момент). Эксперимент показал, что собственный магнитный момент электрона связан со спином соотношением и равен магнетону Бора где m – масса электрона, e – его заряд, с – скорость света. Поскольку заряд электрона является отрицательной величиной, то собственный магнитный момент электрона всегда направлен в сторону, противоположную направлению спина.

Электронные пучки, в которых спины частиц имеют преимущественную ориентацию, называются поляризованными электронными пучками. Количественной характеристикой поляризованного пучка электронов является вектор поляризации . Направление вектора поляризации совпадает с направлением суммарного спина электронов, а длина этого вектора, называемая степенью поляризации, определяется по формуле:

,

где и - число электронов со спинами, направленными параллельно и антипараллельно выбранному направлению. Значения Р изменяются в диапазоне –1  Р  1.

Для измерения степени спиновой поляризации электронов широко применяется Моттовское рассеяние при больших энергиях ^[2]. Методика подразумевает измерение асимметрии рассеяния, возникающей в результате влияния спин-орбитального взаимодействия при рассеянии электронов высокой энергии на большие углы от тонкой золотой фольги. В высоковольтных детекторах Мотта анализируемый пучок электронов ускоряется до энергии  100  120 кэВ, а рассеянные электроны регистрируются двумя (или четырьмя – при измерении двух проекций вектора поляризации) детекторами, расположенными под углами 120. В результате взаимодействия спина электрона с его орбитальным моментом эффективное сечение рассеяния для электронов с противоположными спинами оказывается различным. Поэтому возникает лево-правая асимметрия рассеяния A, которую можно определить как нормированную разность между сигналами левого N_L и правого N_R детекторов:

A  (N_L  N_R)/(N_L  N_R).

Поляризация пучка связана с асимметрией по формуле

P  A / S,

где S – эффективная функция Шермана, т.е. асимметрия, которая должна наблюдаться при 100%-ной поляризации электронов. Она связана с конструкцией прибора и определяется с помощью калибровки.

Абсолютная погрешность измерения поляризации при этом составляет

_.