Upload
gefen
View
86
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур. Аспирант 1-го года обучения Татарский Д.А. Магнито-силовая микроскопия. Массив Co-Cr частиц. Миронов В.Л., Основы сканирующей зондовой микроскопии. Лоренцевская микроскопия. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Рентгеновская и просвечивающая
электронная микроскопия магнитных
структур
Аспирант 1-го года обучения Татарский Д.А.
Магнито-силовая микроскопия
Массив Co-Cr частиц
Миронов В.Л., Основы сканирующей зондовой микроскопии
Лоренцевская микроскопия
Ren Chao Che, Chong Yun Liang, Xiang He et al.Sci. Technol. Adv. Mater. 12, 025004 (2011)
План семинара. Ч.1Рентгеновские лучи Магнитный круговой дихроизм
рентгеновских лучей (XMCD) Магнитная рентгеновская
микроскопия (эксперимент) Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом (теория)
Магнитный круговой дихроизм
рентгеновских лучей (XMCD)
X-ray absorption spectroscopy (XAS)
p
s
ik
p
s
fk
psRL i
2
1,
Энергия, эВ
XANES EXAFS
Пог
лощ
ени
е, о
тн.е
д.
~100-200 эВ
X-ray magnetic circular dichroism
J.J. Rehr, R.C. Albers, Rev. Mod. Phys. 72, 621 (2000)
700 730Энергия, эВ
+, – П
огл
ощен
ие,
отн.
ед
.Fe L3
Fe L2
zm~
zm~
Рентгеновские микроскопы
Photoemission electron microscope,SPELEEM@BL17SU, JapanРазрешение: 22 нм
Изображение доменной структуры
http://www.spring8.or.jp/
Рентгеновские микроскопы
X-ray transmission microscope (использует зонные пластинки Френеля)XM-1, BerkleyРазрешение: 15 нм
D.-H. Kim, P. Fischer, W. Chao et al., J. Appl. Phys. 99, 08H303 (2006)
Доменная структура CoCrPt
Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом (полуклассическая
теория)
Полное сечение фотопоглощения
Z
a
rkia
fifiifif
aiereV
kkcEEkiVkf
1int
,
2
int
ˆ
;ˆ;~
ik
fk
fi
fi
if EEirf,
224
0
...1
a
e rki i
Дипольное приближение
Золотое правило Ферми:
rkiZ
a
rkia
iai erer
1
Одноэлектронное приближение
Круговая поляризация фотонов
psLi ik ; psRi ik
;
*1,1Y
0;~
0;~
~;~;
22
0
,*1,1
22
0
,*1,1
;1,1
dY
dY
eeY
RL
RL
iRL
i
*1,1 Y
Зонная структура 3d ферромагнетикаFe, Ni, Co
Наличие взаимодействия между орбитальным моментом глубокого электрона со спинами электронов 3d-зоны приводит к появлению «эффективного» магнитного поля
Плотность состояний Ni,
Физика магнитных явленийГ.С. Кринчик (1976)
3d-зона3d-зона
4s-зона
E
g(E)
FE
4s-зона
E
g(E)
FE
down up
Двухуровневая система с расщеплением конечного состояния
0
1
1
1
E
E
E
E
L
0
;
;
;
;
1;0;1
ˆˆˆˆ
1,1
,1
1,1
1
,0
int00
ml
ml
ml
ml
eff
Y
Y
Y
rf
Yri
ml
BlVHH
mmCmCCirf
fi
*2
*1
*0
,
2Im~
XMCD
План семинара. Ч.2Электроны Взаимодействие быстрых электронов с
веществом (теория) Магнитный киральный дихроизм
энергетических потерь электронов (EMCD) EMCD в просвечивающей электронной
микроскопии (ПЭМ) Сравнение методов EMCD и XMCD
Взаимодействие быстрых электронов с
веществом
Переходы в непрерывном спектре.Теория возмущений
222
1
22
int
,3
2
int
2
ˆ
2;ˆ;
2
if
Z
a a
fi
fiffifi
kkm
E
rr
e
r
ZeV
kdEEEkfVkid
ik
fk
fi
Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Курс теоретической физики. Т.3.Квантовая механика, нерелятивистская теория
rrr
rqie
eq
rdrr
e
EEErrerr
e
r
Ze
rrrdrdrdk
km
kkq
fiafi
arqi
rqi
a
rqi
ifairqi
Z
a a
fiafa
i
f
if
a
a
,1,
23
2
11
22
,1
*331
342
2
...
1
4
...
......4
Дифференциальное сечение рассеяния
Сходство между поглощением рентгеновских лучей и неупругим рассеянием электронов
A.P. Hitchcock, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (suppl.2), 176 (1992)
X-ray absorption near edge structure (XANES)
fi
if EEirf,
224
ps i
Electron Energy loss near edge structure (ELNES)
fi
ifi
f EEEirqfk
k
qa,
2
420
22 4 21 qiqq
Магнитный киральный дихроизм
энергетических потерь электронов (EMCD)
«Круговая поляризация» электронов
11; qki
22; qki
Интерференция двух волн
1q
2q
21 qiq
Спектрометр Маха-Цендера
Если фазовращатель меняет фазу луча на φ, то:
21 qeqq i
P.Neilhebel et al., Phys. Rev. Lett. 85, 1847 (2000)
1ik
2ik
fk
1q
2q
Источник Делитель
Фазовращатель
Атом
Детектор
Энергетический фильтр
Реализация спектрометра Маха-Цендера в ПЭМ Делитель: периодическая
кристаллическая структура Разность фаз: комплексные амплитуды
соответствующих брэгговских рефлексов Кристалл играет роль интерферометра
Маха-Цендера Первый эксперимент: P. Schattschneider, S. Rubino, C. Hebert et al.Nature 441, 486 (2006)
Форимрование изображения и дифракционной картины в ПЭМ
Светлопольное и темнопольное изображения
Устройство ПЭМ с энергетическим фильтром
Условия наблюдения EMCD
L. Calmels, F. Houdellier, B. Warot-Fonrose et al., Phys. Rev. B 76, 060409 (2007)J. Rusz, S. Rubino, P. Schattschneider, Phys. Rev. B 75, 214425 (2007)
II
IIEMCD
I
I
Измерение EMCD
a) трехлучевая дифракционная картинаb) сигнал EMCD
EMCD в просвечивающей
электронной микроскопии
Магнитная микроскопия высокого разрешения
P. Schattschneider, M. Stogger-Pollach, S. Rubino et al.Phys. Rev. B 78, 104413 (2008)
– сумма I++I– – разность I+ –I–
Распределение намагниченности в реальном пространстве
H. Lidbaum, J. Rusz, S. Rubino, Ultramicroscpy 110, 1380 (2010)
EMCD Fe-L3 EMCD Fe-L2
Распределение намагниченности в реальном пространстве
M. Stuger-Pollacha, C.D. Treiber, G.P. Resch et al., Micron 42, 456 (2011)
БактерияMagnetospirillummagnetotacticum
Изображение частиц Сигнал EMCD
Сравнение методов XMCD и EMCDXMCD Возможно изучение
образцов любой структуры
Необходимость иметь синхротронный источник
«Низкое» латеральное разрешение (~10 нм)
EMCD Доступность ПЭМ с
энергетическим фильтром Высокое латеральное
разрешение (~2 нм) Образец должен иметь
кристаллическую структуру на соответствующих масштабах
Спасибо за внимание!