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

3.1 Калибровка источника напыления фторида лития

Для проведения исследований необходимо было откалибровать напыление LiF на поверхность FeNi₃(110). Для этого была проведена серия пятиминутных напылений при различных величинах тока накала источника напыления (от 2 до 3,2 А). При этом фиксировалась интенсивность оже-пиков в диапазоне от 5 до 700 эВ. По амплитудам пиков подложки и плёнки был выбран ток 3,05 А, дававший умеренную скорость плёнки фторида лития.

Рисунок 3.1 Спектр образца после процедуры очистки

Для выбранного тока была проведена калибровка источника напыления. Для этого был проведен ряд экспериментов, в результате которых были получены оже-спектры для различных времён напыления LiF. Примеры спектров представлены на рисунках 3.1 и 3.2. Первый из них – оже-спектр для поверхности образца после очистки. Второй спектр соответствует образцу, простоявшему в вакууме в течении 2 часов после напыления на него фторида лития. Видно, что на поверхности его появилось небольшое количество адсорбата.

Рисунок 3.2 Спектр образца через два часа после напыления фторида лития.

Пики лития (43 эВ) и железа (47 эВ), а также пики фтора (650 эВ) и железа (651 эВ) находятся на близких энергиях, что не позволяет напрямую измерить зависимость их амплитуд от времени напыления фторида лития.

Поэтому из спектров была получена зависимость амплитуды оже-пика никеля (61 эВ) от времени напыления, представленная на рис. 3.3 в линейном (а) и полулогарифмическом (б) масштабах. Она хорошо согласуется с экспонентой, поэтому рост плёнки при небольших толщинах происходит скорее однородно.

Рис. 3.3 Графики зависимости амплитуды оже-пика никеля от времени напыления в линейном (а) и полулогарифмическом (б) масштабах.

Зависимость длины пробега электрона относительно неупругих соударений в LiF, представленная на рис. 3.4, даёт для энергии пика никеля значение в 11 Å. Амплитуда пика никеля убывает в e-раз при времени напыления в 20 минут. Это значит, что за 20 минут напыления на поверхности подложки вырастает плёнка LiF толщиной в 11 Å. Результирующая скорость роста плёнки при токе накала нагревателя 3,05 А, таким образом, составляет примерно 0,5 Å в минуту.

Рис. 3.4 Зависимость длины пробега относительно неупругих соударений в LiF от энергии электрона. ^[10]

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

Для получения сведений о влиянии тонкой пленки фторида лития на поляризацию электронов были измерены зависимости поляризации вторичных электронов от величины тока намагничивания образца. При работе в этом режиме выбиралась определённая энергия пропускания энергоанализатора и при ней производилась запись зависимостей P(I_magn).

Рис. 3.5 Зависимость P(I_magn) для энергии 50эВ.для подложки с напыленным слоем LiF, толщиной 20А (после 40 минут напыления).

Зависимости снимались для плёнок различной толщины (примерный вид - на рис. 3.5), амплитуды петель гистерезиса при этом определяли изменение поляризации вторичных электронов, выходящих из системы подложка-плёнка при напылении плёнки. Таким образом, были получены зависимости поляризации вторичных электронов, вышедших в вакуум, от толщины напылённой плёнки для трёх различных энергий электронов: 35 эВ (рис. 3.6), 50 эВ (рис 3.7) и 550 эВ (рис 3.8).

Энергии были выбраны из следующих соображений: 35 эВ - энергия, которой обладают большое количество истинно вторичных электронов; 50 эВ - энергия, при которой наблюдается наименьшая длина пробега электронов относительно неупругих соударений, 550 эВ - высокоэнергетичные электроны с большой длиной свободного пробега.

Рис. 3.6 Величина поляризации в зависимости от толщины напыленной пленки для 35эВ

Рис. 3.7 Величина поляризации в зависимости от толщины напыленной пленки для 50эВ
Рис. 3.8 Величина поляризации в зависимости от толщины напыленной пленки для 550эВ

На всех трёх зависимостях, в полулогарифмическом масштабе можно выделить две прямых. Это соответствует тому, что при малых толщинах плёнки поляризация вышедших электронов определяется одним механизмом, а при больших – другим, причём оба механизма определяются экспонентами с различными показателями.

Аппроксимация этих зависимостей экспонентами даёт следующие скорости спадания. Для энергии 35 эВ это λ₁=25A и λ₂=65A , для энергии 50 эВ - λ₁=11A и λ₂=30A, для 550 эВ - λ₁=30A и λ₂=106A. При длине пробега относительно неупругих соударений λ_ne в этом диапазоне энергий 10-12 Å по данным ^[10].

Основным результатом здесь является величина λ₂, определяющая, фактически, эффективную длину пробега относительно спиновой релаксации (λ_sr ≈ λ₂), так как, именно она определяет затухание поляризации вторичных электронов, вышедших из образца при больших толщинах плёнки. Таким образом, эксперимент даёт для плёнок фторида лития λ_sr, превышающие в 3-8 раз λ_ne.