Рентгеновская диагностика слоёв и интерфейсов в слабоконтрастных многослойных металлических наногетероструктурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Саламатов, Юрий Александрович

• Саламатов, Юрий Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Саламатов, Юрий Александрович

Содержание

Введение

Глава 1 Рентгеновские методы исследования атомного строения многослойных наногетероструктур. Литературный обзор

1.1 Основные понятия

1.2 Гигантский магниторезистивный эффект

1.3 Методы синтеза

1.3.1 Магнетронное распыление

1.3.2 Молекулярно-лучевая эпитаксия

1.3.3 Процесс и режимы роста

1.4 Теория метода ЕХАРБ-спектроскопии

1.5 Постановка эксперимента по ЕХАРБ-спектроскопии

1.6 Получение структурной информации из ЕХАРБ-спектров

1.6.1 Предварительная обработка

1.6.2 Решение ЕХАРБ-уравнения. Однокомпонентная задача

1.6.3 Многокомпонентная задача. Алгоритм с парциальным обратным оператором

1.6.4 Многокомпонентная задача. Алгоритм с полным обратным оператором

1.6.5 Определение параметров координационной сферы

1.7 Рентгеновская рефлектометрия

1.8 Динамическая теория рассеяния

1.9 Заключение по литературному обзору

Глава 2 Модификации методов ЕХАРБ-спектроскопии и рентгеновской рефлектометрии для исследования концентрационного профиля и локального атомного строения плёнки с разрешением по глубине

2.1 Уравнение для концентрационного профиля элемента

2.2 Определение локальной атомной структуры с разрешением по глубине

2.3 Уравнение для концентрационного профиля образца в рентгеновской рефлектометрии

2.3.1 Связь электронной плотности и концентрационного профиля

2.3.2 Вывод интегрального уравнения рефлектометрии

2.4 Решение уравнения рефлектометрии

2.4.1 Функция Паттерсона

2.4.2 Восстановление фазы рефлектометрического сигнала

2.4.3 Оценка френелевской интенсивности для рефлектометрической кривой

Глава 3 Концентрационный профиль многослойных наногетероструктур и их локальное атомное

строение с разрешением по глубине по данным угловой зависимости выхода флуоресценции

3.1 Моделирование многослойной гетероструктуры

3.2 Восстановление концентрационного профиля

3.3 Восстановление локальной атомной структуры с разрешением по глубине

3.3.1 Моделирование локального атомного строения

3.3.2 Построение ЕХАРБ-спектров

3.3.3 Построение спектров поглощения

3.3.4 Построение угловых зависимостей выхода флуоресценции

3.3.5 Восстановление спектров поглощения

3.3.6 Получение осциллирующей части спектра

3.3.7 Восстановление парциальных межатомных расстояний

3.4 Измерение угловой зависимости выхода флуоресценции

3.5 Обработка экспериментальных данных. Восстановление концентрационного профиля

Глава 4 Локальное атомное строение многослойных наногетероструктур типа Ре1\Н/\/ по данным ЕХАРБ-спектроскопии

4.1 Приготовление образцов и съёмка ЕХАРБ-спектров

4.2 Особенности ЕХАРБ-исследования мультислойных плёнок

4.3 Простейшая модель мультислойной плёнки

4.4 Решение обратной задачи для модельной структуры плёнки

4.5 Обработка экспериментальных ЕХАРБ-спектров

Глава 5 Толщина слоёв в многослойных наногетероструктурах типа Сг/Ре/Сг по данным рентгеновской рефлектометрии

5.1 Постановка и условия эксперимента

5.2 Тонкая плёнка Сг(150 А)//А1203

5.2.1 Алгоритм Парратта

5.2.2 Метод Паттерсона

5.2.3 Метод восстановления фазы

5.3 Наногетероструктуры типа Сг/Ре/Сг//А1203

Заключение

Список работ соискателя

Список литературы

Приложение. Другой вид поправки к показателю преломления в рефлектометрии

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рентгеновская диагностика слоёв и интерфейсов в слабоконтрастных многослойных металлических наногетероструктурах»

Введение

Металлические многослойные наногетероструктуры представляют собой плёнки из чередующихся слоёв различных металлов, причём каждый слой имеет толщину от нескольких ангстремов до нескольких нанометров. Особый интерес к этим материалам возник после того, как было обнаружено, что они обладают уникальными электрическими и магнитными свойствами, например, эффектом гигантского магнитосопротивления [1, 2], имеющим большое практическое значение. Многослойные наногетероструктуры представляют интерес и для фундаментального аспекта науки - как объекты для изучения магнитотранспортных свойств и магнитных взаимодействий в низкоразмерных системах. С ростом числа исследований и публикаций по данным темам стали использоваться краткие названия для этого класса материалов -мультислойные плёнки или просто мультислои.

Электрические и магнитные свойства многослойных наногетероструктур (в том числе величина магнитосопротивления) сильно зависят от их атомной структуры. При этом наибольшее влияние оказывает структура интерфейса - граничной области между двумя слоями различных металлов. Характер изменения концентрационного профиля на этой границе позволяет делать выводы о межслойной диффузии и шероховатостях. Изучение особенностей локальной атомной структуры даёт возможность судить об искажениях кристаллической решётки, неизменно присутствующих в гетерогенных системах и влияющих на обменное взаимодействие.

Традиционно для изучения атомной структуры твёрдых тел применяются рентгеновские методы - дифракция, спектральный анализ и их различные вариации. Но при использовании этих методов для исследования многослойных наногетероструктур возникает ряд трудностей. Для синтеза плёнок часто используются атомные элементы с близкими электронными структурами атомов (Ре, Сг, N1, V и т.п.), которые очень сложно различить в рентгеновском эксперименте. Дифракция и ЕХАРБ-спектроскопия дают усредненную по области засветки информацию, то есть значения параметров атомной структуры. Отследить изменения в области интерфейсов, которые происходят на масштабах 1-10 А невозможно, поскольку первичный пучок проникает на всю глубину плёнки, которая составляет обычно десятки нанометров. Для обработки экспериментальных данных, как правило, используется метод подбора решения и прямой проверки. При таком способе получаемое решение зависит от выбора начальной модели и её параметров.

Итак, изучение локального атомного строения многослойных металлических наногетероструктур является весьма актуальной задачей современной физики конденсированного состояния, но необходим метод исследования, который сделал бы возможным определение структурных параметров на различных глубинах от поверхности плёнки. Это дало бы возможность построить модель атомной структуры с учётом её изменений в областях интерфейсов и прояснить влияние этих изменений на магнитные свойства плёнки. Метод должен быть применим к системам, синтезированным из элементов со сходной электронной структурой атомов, иначе изучение широкого класса многослойных наногетероструктур окажется невозможным ввиду низкой рентгеновской контрастности их компонентов. Для повышения объективности получаемых данных не следует использовать модель структуры, так как параметры этой модели могут быть определены множеством различных способов, и решение задачи будет зависеть оттого, каким набором параметров мы станем описывать структуру. Использование пробной функции также нежелательно, поскольку тогда пространство решений может быть ограничено тем классом функций, из которого выбрана пробная.

Теперь может быть сформулирована цель работы.

Целью данной работы являлась разработка безмодельного метода диагностики локального атомного строения с разрешением по глубине в слабоконтрастных системах и его апробация в применении к экспериментальному исследованию структурных характеристик многослойных металлических наногетероструктур.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Разработка теоретических основ предлагаемого метода диагностики локального атомного строения с разрешением по глубине, включающего в качестве составных частей: на первом этапе определение для слабоконтрастных систем элементного профиля по данным рентгеновской рефлектометрии, на втором этапе определение парциальных межатомных расстояний для перекрывающихся сфер.

2. Экспериментальное исследование локального атомного строения слабоконтрастных многослойных наногетероструктур типа Ре1\Н/\/ методом ЕХАРБ-спектроскопии.

3. Определение концентрационных элементных профилей (толщин слоёв и интерфейсов) для слабоконтрастных одно- двух и трёхслойных наногетероструктур типа Сг/Ре/Сг из экспериментальных данных рентгеновской рефлектометрии.

Научная новизна.

В работе впервые:

1. Предложен безмодельный метод исследования локального атомного строения слабоконтрастных многослойных металлических наногетероструктур с разрешением по глубине.

2. Показана возможность определения с малой погрешностью (±0,01 А) искажений локального атомного строения в слабоконтрастных многослойных системах из экспериментальных данных по ЕХАРБ-спектроскопии.

3. Предложена безмодельная методика определения концентрационных профилей и толщин слоёв в слабоконтрастных многослойных металлических наногетероструктурах.

Научная и практическая ценность работы.

1. Предлагаемый в работе метод диагностики позволяет получать с малой погрешностью (±0,01 А) сведения о локальном атомном строении на различной глубине на уровне парциальных межатомных расстояний, что необходимо для построения модели кристаллической решётки и расчёта магнитных свойств.

2. Каждая методика, входящая в предлагаемый метод диагностики (ЕХАРБ-спектроскопия слабоконтрастных систем, ЕХАРБ-спектроскопия с разрешением по глубине (~1 А), определение концентрационных профилей по данным рентгеновской рефлектометрии), имеет самостоятельное значение и может применяться независимо от других.

3. Полученные структурные характеристики исследованных в работе многослойных плёнок могут быть использованы в дальнейшем при изучении их магнитных и магнитотранспортных свойств.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретические основы безмодельного метода диагностики локального атомного строения на различной глубине.

2. Модельный численный эксперимент по определению локального атомного строения на различной глубине в наногетероструктуре типа Сг/Ре/Сг.

3. Результаты исследования локального атомного строения слабоконтрастных многослойных наногетероструктур типа Ре1\Л/\Л

4. Определение концентрационных профилей и толщин слоёв в слабоконтрастных многослойных наногетероструктурах типа Сг/Ре/Сг.

Личный вклад автора: Совместно с Бабановым Ю. А. автор участвовал в постановке задачи исследования, разработал методы получения структурной информации из угловой зависимости EXAFS-спектров и рефлектометрических кривых, провёл их апробацию на модельных и экспериментальных данных. Соответствующее программное обеспечение для проведения расчётов создано лично автором (кроме программы для расчётов по алгоритму Парратта). Автор также принимал личное участие в планировании и проведении рентгеновских экспериментов на станции прецизионной рентгеновской оптики синхротрона «Сибирь-2» (Курчатовский институт, Москва; совместно с Мухамеджановым Э. X.). Все публикации, раскрывающие результаты работы, создавались при непосредственном участии автора. Основные результаты и выводы диссертации были сформулированы автором.

Апробация результатов работы: Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: XVII Международной конференции по использованию синхротронного излучения (г. Новосибирск, 2008 г.); Международных междисциплинарных симпозиумах «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (г. Ростов-на-Дону - п. Лоо, 2008, 2010, 2012); IX, X и XI Всероссийских школах-семинарах по проблемам физики конденсированного состояния вещества (г. Екатеринбург, 2008, 2009, 2010); Всероссийской конференции «Химия твёрдого тела и функциональные материалы» (г. Екатеринбург, 2008); XIII Национальной конференции по росту кристаллов (г. Москва, 2008); XIV Международной конференции по XAFS-спектроскопии (Камерино, Италия, 2009); XLIV и XLV Зимней школе ПИЯФ РАН по физике конденсированного состояния (г. Санкт-Петербург, 2010, 2011); XX Всероссийской научной конференции «Рентгеновские электронные спектры и химическая связь» (г. Новосибирск, 2010); IV Евро-азиатском симпозиуме «Trends in Magnetism. Nanospintronics» (EASTMAG, г. Екатеринбург, 2010); XII Международной конференции «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» (г. Екатеринбург, 2011); Международной конференции, посвящённой памяти В. К. Иванова (г. Екатеринбург, 2011), III Международной научной конференции «Наноструктурные материалы - 2012» (г. Санкт-Петербург, 2012), Международной конференции «The 8th International Symposium on Metallic Multilayers (MML-2013)» (Киото, Япония).

Достоверность результатов обеспечивается теоретическим обоснованием используемых алгоритмов обработки экспериментальных данных и их апробацией на модельных численных расчётах, воспроизводящих условия реальных экспериментов. Все предлагаемые методики являются безмодельными, что повышает объективность получаемых результатов.

Рентгеновские измерения проводились на современном высокоточном оборудовании станции прецизионной рентгеновской оптики синхротрона «Сибирь-2» (Курчатовский институт, Москва). Полученные данные обрабатывались различными алгоритмами, результаты согласуются между собой.

Работа выполнялась в Институте физики металлов УрО РАН в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме «Спин», при поддержке РФФИ (гранты № 08-02-99083 р_офи и № 12-02-31563-мол_а), Президиума РАН (гранты № 09-П-2-1032 и 12-П-2-1032) и ведущей научной школы НШ-6172.2012.2.

Основное содержание диссертации изложено в 7 статьях, в том числе 6 из них опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК и системы цитирования. Список работ приводится в конце диссертации.

Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, приложения и списка литературы. Содержание диссертации изложено на 126 страницах печатного текста, включая 60 рисунков и 17 таблиц. Библиографический список содержит 76 наименований.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Саламатов, Юрий Александрович

Заключение

Рассмотрение особенностей применения некоторых рентгеноспектральных (ЕХАРБ-спектроскопия, угловая зависимость рентгеновской флуоресценции) и интерференционных (рентгеновская рефлектометрия) методик экспериментального исследования строения вещества к многослойным металлическим наногетероструктурам позволяет сделать следующие выводы:

1. Разработаны теоретические основы метода, позволяющего получать сведения об изменениях локального атомного строения многослойной наногетероструктуры на различных глубинах от её поверхности. Выбор модели для начального приближения не требуется, для решения задачи достаточно знать химический состав плёнки.

2. Посредством модельного численного эксперимента показана возможность определения локального атомного строения на различной глубине на примере трёхслойной наногетероструктуры типа Сг/Ре/Сг. Погрешность определения парциальных межатомных расстояний составила ~ 0,01 А.

3. Методом ЕХАРБ-спектроскопии экспериментально определено локальное атомное строение слабоконтрастных многослойных наногетероструктур типа Ре1\П/\/. Погрешность определения парциальных межатомных расстояний составила ~ 0,01 Д. Установлено, что в кристаллических решётках рассматриваемых образцов существуют искажения, которые носят периодический характер: в слоях пермаллоя межатомные расстояния уменьшаются, в слоях ванадия - увеличиваются.

4. По экспериментальным рефлектометрическим данным определены концентрационные профили и толщины слоёв в слабоконтрастных наногетероструктурах типа Сг/Ре/Сг. Для этого использовалась предложенная в работе безмодельная методика, погрешность определения толщин отдельных слоёв в плёнке составила ~ 1 А.

Таким образом, разработанные методики уникальны и не имеют аналогов не только по способу решения обратной некорректной задачи, но и по постановке экспериментальных измерений. Методики не требуют априорной модели и принципиально применимы к любым системам. Они могут быть использованы также и при исследовании концентрационного распределения элементов вблизи поверхности массивных образцов. Предложенный метод представляет собой законченный инструмент исследования, но, в случае необходимости, точность определения толщин слоёв и интерфейсов может быть повышена посредством учёта дополнительных факторов, например, диффузного рассеяния и приборного уширения. Полученная в ходе работы информация о структурных характеристиках может быть использована при изучении магнитных и магнитотранспортных свойств и для установления их связи с атомным строением металлических многослойных наногетероструктур, то есть для решения одной из фундаментальных проблем современной физики конденсированного состояния.

Список работ соискателя

Статьи

А1. High resolution in EXAFS data analysis of multilayer nanostructures / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov, I.Yu. Kamensky, A.V. Ryazhkin, V.V. Ustinov // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. - 2009. -V. 175. - P. 27.

A2. Бабанов, Ю.А. Новые возможности EXAFS-спектроскопии в исследовании локального атомного строения мультислойных наногетероструктур / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. - Т. 73. - № 7. - С. 932. Перевод: Babanov, Yu. A. New possibilities of the EXAFS-spectroscopy in study of the local atomic structure of multilayer nanoheterostructures / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2009. - V. 73. - №. 7. - P. 878.

A3. Babanov, Yu. Variable angle XAFS study of multilayer nanostructure: Determination of selective concentration profile and depth-dependent partial atomic distributions / Yu. Babanov, Yu. Salamatov, E. Mukhamedzhanov // Journal of Physics: Conference Series. -2009.-V. 190.-P. 012030.

A4. Babanov, Yu. A. Determination of selective concentration profile and depth resolved partial atomic distributions for multilayer nanoheterostructures / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov, E.Kh. Mukhamedzhanov // Solid State Phenomena. - 2011. - V. 168-169. - P. 307.

A5. Исследование локального атомного строения слоёв и интерфейсов в металлических многослойных наногетероструктурах / Ю.А. Саламатов, Ю.А. Бабанов, Э.Х. Мухамеджанов, В.В. Устинов // Наноструктуры. Математическая физика и моделирование. - 2011. - Т. 4. - № 1. - С. 59.

А6. Применение EXAFS-спектроскопии с угловым разрешением для исследования слоёв и интерфейсов в металлических многослойных наногетероструктурах / Ю.А. Саламатов, Ю.А. Бабанов, Э.Х. Мухамеджанов, В.В. Устинов // Известия РАН. Серия физическая. -2011.-Т. 75. -№ 8.-С. 1100.

Перевод: Applying angle-resolved EXAFS-spectroscopy to the study of layers and interfaces in metallic multilayer nanoheterostructures / Salamatov Yu.A., Babanov Yu.A., Mukhamedzhanov E.Kh., Ustinov V.V. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. - 2011. - V. 75. - №. 8. - P. 1039.

A7. Бабанов, Ю.А. Высокоразрешающий метод EXAFS-диагностики локальных искажений кристаллической решётки в мультислойных металлических наноструктурах / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2011. -Т. 77.-№ 1.-С. 35.

Тезисы докладов

А8. High resolution in EXAFS data analysis of multilayer nanostructures / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov, I.Yu. Kamensky, A.V. Ryazkin, V.V. Ustinov. // Тезисы докладов XVII Международной конференции по синхротронному излучению SR-2008 (Новосибирск, 15-20 июня 2008 года). - С. 7-25.

А9. Бабанов, Ю.А. Новые возможности EXAFS-спектроскопии в исследовании локального атомного строения мультислойных наногетероструктур / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов // Сборник трудов Первого международного междисциплинарного симпозиума «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» LDS-2008 (Ростов-на-Дону - п. Лоо, 5-9 сентября 2008 г.). - С. 262.

AlO. Особенности исследования локального атомного строения мультислойных наногетероструктур методом EXAFS-спектроскопии / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, И.Ю. Каменский, A.B. Ряжкин // Тезисы докладов IX Молодёжной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества СПФКС-9 (Екатеринбург, 1723 ноября 2008 г.). - С. 112.

All. Babanov, Yu. A. Variable angle XAFS study of multilayer nanoheterostructures: determination of selective concentration profile and depth-dependent partial atomic distributions / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov and E.Kh. Mukhamedzhanov // Program and Abstracts, 14-th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure XAFS IVX (Camerino Italy, 26-31 July 2009). - P.120.

A12. Бабанов, Ю. А. Определение локального атомного строения многослойных наногетероструктур с разрешением по глубине / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов // Тезисы докладов Юбилейной X всероссийской молодёжной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества СПФКС-10 (Екатеринбург, 9-15 ноября 2009 года). - С. 256.

А13. Новый метод диагностики локальной атомной структуры слоёв и интерфейсов в металлических наногетероструктурах по данным EXAFS-спектроскопии с угловым разрешением / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, Э.Х. Мухамеджанов, В.В. Устинов // Тезисы докладов XLIV Зимней школы ПИЯФ РАН, секции физики конденсированного состояния ФКС-2010 (Гатчина, 15-21 марта 2010 г.). - С. 25.

А14. Диагностика локальной атомной структуры слоёв и интерфейсов в наногетероструктурах: EXAFS-спектроскопия с угловым разрешением / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, Э.Х. Мухамеджанов, В.В. Устинов //Тезисы докладов XX Всероссийской научной конференции «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь» РЭСХС-2010 (Новосибирск, 24-27 мая 2010 г.). - С. 49.

А15. Babanov, Yu. A. Determination of selective concentration profile and depth-resolved partial atomic distributions for multilayer nanoheterostructures / Yu.A. Babanov, Yu.A. Salamatov and E.Kh. Mukhamedzhanov // Abstracts of IV Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism", Nanospintronics, EASTMAG 2010 (Ekaterinburg, Russia, June 28 - July 2, 2010). - P. 265.

A16. Применение EXAFS-спектроскопии с угловым разрешением для исследования слоёв и интерфейсов в металлических многослойных наногетероструктурах / Ю.А. Саламатов, Ю.А. Бабанов, Э.Х. Мухамеджанов, В.В. Устинов // Сборник трудов Второго международного междисциплинарного симпозиума «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» LDS-2 (Ростов-на-Дону - п. Лоо, 3-8 сентября 2010 г.). - С. 209.

А17. Саламатов, Ю. А. Новый метод определения концентрационного профиля элементов по данным рентгеновской рефлектометрии в условиях аномального рассеяния рентгеновских лучей / Ю.А. Саламатов, Ю.А. Бабанов // Тезисы докладов XI Всероссийской молодёжной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества СПФКС-11 (Екатеринбург, 15-21 ноября 2010 г.). -С. 116.

А18. Бабанов, Ю. А. Рефлектометрия металлических наногетероструктур в условиях аномального рассеяния рентгеновских лучей / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, Э.Х. Мухамеджанов // Тезисы докладов XLV Школы ПИЯФ РАН по физике конденсированного состояния ФКС-2011 (Санкт-Петербург, Рощино, 14-19 марта 2011 года). - С. 96.

А19. Бабанов, Ю. А. Диагностика атомной структуры металлических мультислойных наноструктур: рефлектометрия в условиях аномального рассеяния рентгеновских лучей / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, Э.Х. Мухамеджанов // Тезисы докладов XII международной конференции «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов (ДСМСМС-2011). Создание и перспективы использования нанокристаллических материалов и нанотехнологий в промышленности» (Екатеринбург, 13-16 июня 2011 г.).-С. 23.

А20. Диагностика многослойных наногетероструктур: моделирование и решение обратных задач / Ю.А. Бабанов, Ю.А. Саламатов, В.В. Устинов, Э.Х. Мухамеджанов // Тезисы докладов Международной конференции, посвящённой памяти В.К. Иванова (Екатеринбург, 31 октября - 5 ноября 2011 г.). - С. 112.

А21. Саламатов, Ю.А. Концентрационный профиль металлических многослойных магнитных гетероструктур по данным рентгеновской рефлектометрии / Ю.А. Саламатов, Ю.А. Бабанов // Сборник трудов международного симпозиума «Физика низкоразмерных систем» LDS-3 (Ростов-на-Дону - пос. Лоо, 18-23 сентября 2012 г.). - С. 93.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Саламатов, Юрий Александрович, 2013 год

Список литературы

[1] Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices / M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, J. Chazelas // Physical Review Letters. - 1988. - V. 61. - № 21. - P. 2472.

[2] Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange / G. Binasch, P. Griinberg, F. Saurenbach, W. Zinn // Physical Review B. - 1989. - V. 39. - № 7. - P. 4828.

[3] Blixt, A.-M. Growth and magnetic properties of Fe- and FeNi- based thin films and multilayers: PhD Thesis / Anna-Maria Blixt. - Uppsala (Sweden), 2004. -145 pp.

[4] Giant magnetoresistance at low fields in discontinuous NiFe-Ag multilayer thin films / T. L. Hylton, K. R. Coffey, M. A. Parker, J. K. Howard // Science. - 1993. - V. 261. - № 5124. - P. 1021.

[5] Andersson, G. Hydrogen in ultrathin vanadium layers: PhD Thesis / Gabriella Andersson. -Uppsala (Sweden), 1999. - 49 pp.

[6] Hjôrvarsson, B. Metallic superlattices: quasi two-dimensional playground for hydrogen / B. Hjôrvarsson, G. Andersson, E. Karlsson // Journal of Alloys and Compounds. - 1997. - V. 253254. - P. 51.

[7] Layered magnetic structures: evidence for antiferromagnetic coupling of Fe layers across Cr interlayers / P. Griinberg, R. Schreiber, Y. Pang, M. B. Brodsky, H. Sowers // Physical Review Letters. -1986. - V. 57. - № 19. - P. 2442.

[8] Observation of a magnetic antiphase domain structure with long-range order in a synthetic Gd-Y superlattice / C. F. Majkrzak, J. W. Cable, J. Kwo, M. Hong, D. B. McWhan, Y. Yafet, J. V. Waszczak, C. Vettier // Physical Review Letters. -1986. - V. 56. - № 25. P. 2700.

[9] Parkin, S. S. P. Oscillations in exchange coupling and magnetoresistance in metallic superlattice structures: Со/Ru, Co/Cr, and Fe/Cr / S. S. P. Parkin, N. More, K. P. Roche // Physical Review Letters. - 1990. - V. 64. - № 19. - P. 2304.

[10] Parkin, S. S. P. Systematic variation of the strength and oscillation period of indirect magnetic exchange coupling through the 3d, 4d, and 5d transition metals / S. S. P. Parkin // Physical Review Letters. -1991. - V. 67. - № 25. - P. 3598.

[11] Bruno, P. Oscillatory coupling between ferromagnetic layers separated by a nonmagnetic metal spacer / P. Bruno, C. Chappert // Physical Review Letters. - 1991. - V. 67. - № 12. - P. 1602.

[12] Layered magnetic structures: interlayer exchange coupling and giant magnetoresistance / A. Fert, P. Griinberg, A. Barthélémy, F. Petroff, W. Zinn // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1995. - V. 140-144. - part 1. - P. 1.

[13] Holmstrôm, E. Giant magnetic enhancement in Fe/Pd films and its influence on the magnetic interlayer coupling / E. Holmstrôm, L. Nordstrom, A. M. N. Niklasson // Physical Review B. -2003. - V. 67. - № 18. - P. 184403.

[14] Edwards, D. M. A resistor network theory of the giant magnetoresistance in magnetic superlattices / D. M. Edwards, J. Mathon, R. B. Muniz // IEEE Transactions on Magnetism. -1991.-V. 27.-№ 4.-P. 3548.

[15] Valet, Т. Theory of the perpendicular magnetoresistance in magnetic multilayers / T. Valet, A. Fert // Physical Review B. - 1993. - V. 48. - № 10. - P. 7099.

[16] Dieny, B. Giant magnetoresistance in spin-valve multilayers / B. Dieny // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1994. - V. 136. - № 3. - P. 335.

[17] Oscillatory interlayer coupling and giant magnetoresistance in epitaxial Fe/Cr(211) and (100) superlattices / E. E. Fullerton, M. J. Conover, J. E. Mattson, С. H. Sowers, S. D. Bader// Physical Review B. - 1993. - V. 48. - № 21. - P. 15755.

[18] Физика низкоразмерных систем / А. Я. Шик, Л. Г. Бакуева, С. Ф. Мусихин, С. А. Рыков; под общ. ред. В. И. Ильина, А. Я. Шика. - Санкт-Петербург: Наука, 2001. -160 с.

[19] Влияние температуры роста на структуру межслойных границ сверхрешёток Fe/Cr / Н. В. Багрец, Е. А. Кравцов, М. А. Миляев, Л. Н. Ромашев, А. В. Семериков, В. В. Устинов // Физика металлов и металловедение. - 2003. - Т. 96. - № 1. - С. 88.

[20] de Miguel, J. J. Atomic aspects in the epitaxial growth of metallic superlattices and nanostructures / J. J. de Miguel, R. Miranda // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2002. -V. 14. - № 43. - R1063.

[21] Ohring, M. The Materials Science of Thin Films / M. Ohring. - USA, San Diego: Academic Press Inc., 2002.-794 pp.

[22] Уонг, Дж. Исследование металлических стёкол методом ТСРП / в кн. «Металлические стёкла» - Москва: Мир, 1988. - С. 71-120.

[23] Бабанов, Ю. А. Рентгеновские методы исследования атомной структуры аморфных тел. Часть 1. Метод аномального рассеяния рентгеновских лучей / Ю. А. Бабанов. - Ижевск: издательство Удм. ун-та, 1995. - 87 с.

[24] Бабанов, Ю. А. Рентгеновские методы исследования атомной структуры аморфных тел. Часть 2. Метод рентгеноспектрального структурного анализа / Ю. А. Бабанов. - Ижевск: издательство Удм. ун-та, 1995. -127 с.

[25] Ведринский, Р. В. EXAFS-спектроскопия - новый метод структурного анализа / Р. В. Ведринский // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 5. - С. 79.

[26] Рентгеноспектральный метод изучения структуры аморфных тел: EXAFS-спектроскопия / Д. И. Кочубей, Ю. А. Бабанов, К. И. Замараев, Р. В. Ведринский, В. Л. Крайзман, Г. Н. Кулипанов, Л. Н. Мазалов, А. Н. Скринский, В. К. Фёдоров, Б. Ю. Хельмер, А. Т. Шуваев; под ред. Г. М. Жидомирова. - Новосибирск: Наука, 1988. - 306 с.

[27] Lytle, F. W. Extended x-ray-absorption fine-structure technique. II. Experimental practice and selected results / F. W. Lytle, D. E. Sayers, E. A. Stern // Physical Review B. - 1975. - V. 11. - № 12. - P. 4825.

[28] Real-space multiple-scattering calculation and interpretation of x-ray-absorption near-edge structure / A. L. Ankudinov, B. Ravel, J. J. Rehr, S. D. Conradson // Physical Review B. - 1998. -V. 58. - № 12. - P. 7565.

[29] Тихонов, A. H. Методы решения некорректных задач / А. Н. Тихонов, В. Я. Арсенин. - 2-е изд. - Москва: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979. - 288 с.

[30] New methods of processing of anomalous x-ray scattering data for amorphous alloys / Yu. A. Babanov, R. Sh. Sadykova, V. R. Shvetsov, A. V. Serikov, A. L. Ageev, V. V. Vasin // Journal of non-crystalline solids. -1990. - V. 119. - № 2. - P. 159.

[31] Васин, В. В. Проксимальный алгоритм с проектированием в задачах выпуклого программирования / В. В. Васин. - Свердловск, 1981. - 47 с.

[32] Babanov, Yu. A. EXAFS: bond length determination for multicomponent systems / Yu. A. Babanov, V. R. Shvetsov// Physica status solidi (b). - 1985. - V. 131. - № 1. - P. Kl.

[33] Локальная структура U02(HAs04)x4H20 соединения методом EXAFS-спектроскопии: 305 К и 15 К / И. Ю. Каменский, М. Кунике, Т. Райх, X. Функе, Ю. А. Бабанов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2003. - № 11. - С. 95.

[34] Abeles, F. Recherches sur la propagation des ondes électromagnétiques sinusoidales dans les milieux stratifies / F. Abéles // Ann. Physique. - 1950. - V. 5. - P. 596.

[35] Zimmerman, К. M. Advanced analysis techniques for x-ray reflectivities: theory and application: диссертация на соискание степени доктора / Klaus-Martin Zimmerman. -Karlsruhe, 2005. -190 pp.

[36] Parratt, L. G. Surface studies of solids by total reflection of x-rays / L. G. Parratt // Physical Review. - 1954. - V. 95. - № 2. - P. 359.

[37] Tolan, M. X-ray scattering from soft-matter thin films / M. Tolan // Springer Tracts in Modern Physics. - 1999. - V. 148.

[38] Magnetic properties of Fe embedded in V and Cr: Thin films and dilute alloys / S. Mirbt, I. A. Abrikosov, B. Johansson, H. L. Skriver // Physical Review B. -1997. - V. 55. - № 1. - P. 67.

[39] On the sharpness of the interfaces in metallic multilayers / E. Holmstrom, L. Nordstrom, L. Bergqvist, B. Skubic, B. Hjórvarsson, I. A. Abrikosov, P. Svedlindh, O. Eriksson // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2004. - V. 101. - № 14. - P. 4742.

[40] Borczuch, M. S. Fe clusters near the surface and interface in the FeCr systems / M. S. Borczuch, V. M. Uzdin // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1997. - V. 172. - № 1-2. - P. 110.

[41] Interface defects and formation of non-collinear magnetic ordering in Fe/Cr multilayers / N. S. Yartseva, S. V. Yartsev, V. M. Uzdin, C. Demangeat // Computational Materials Science. - 2000.

- V. 17. - № 2-4. - P. 468.

[42] Uzdin, V. M. Epitaxial growth regimes and correlations between magnetic and chemical structures / V. M. Uzdin // Computational Materials Science. - 2002. - V. 24. - № 1-2. - P. 186.

[43] Interface alloying and magnetic ordering formation in multilayers / N. S. Yartseva, S. V. Yartsev, V. M. Uzdin, C. Demangeat//Computational Materials Science. - 2002. - V. 24. - № 1-2.

- P. 199.

[44] Structure of Cr overlayers on Fe surfaces: a new approach for the interpretation of spin-resolved photoemission and magnetic dichroism spectra / V. M. Uzdin, D. Knabben, F. U. Hillebrecht, E. Kisker // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1999. - V. 198-199. -P. 680.

[45] Gittsovich, V. N. Bulk and surface magnetic properties of dilute FeCr alloys / V. N. Gittsovich, V. G. Semenov, V. M. Uzdin // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1995. - V. 146. -№ 1-2. - P. 165.

[46] Demangeat, С. Hubbard and Anderson periodic models for the description of imperfect low-dimensional FeCr magnetic systems / C. Demangeat, V. M. Uzdin // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -1996. - V. 156. - № 1-3. - P. 202.

[47] Noncollinear magnetic structure of Fe/Cr interfaces / V. M. Uzdin, A. Mokrani, C. Demangeat, N. S. Yartseva // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -1999. - V. 198-199. - P. 471.

[48] Evolution of atomic magnetic moments in Fe/V multilayers with hydrogen loading / V. M. Uzdin, D. Labergerie, K. Westerholt, H. Zabel, В Hjorvarsson // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2002. - V. 240. - № 1-3. - P. 481.

[49] Uzdin, V. M. Quantum wells in trilayers: dependence of the properties on the thickness of magnetic and nonmagnetic layers / V. M. Uzdin, N. S. Yartseva // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -1996. V. 156. - № 1-3. - P. 193.

[50] Uzdin, V. M. Noncollinear magnetism of Fe/Cr films and multilayers / V. M. Uzdin, N. S. Yartseva, S. V. Yartsev // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1999. - V. 196. - P. 70.

[51] Kazansky, A. K., Modeling of the magnetic properties of the Cr-Fe interface / A. K. Kazansky, V. M. Uzdin // Physical Review B. - 1995. - V. 52. - № 13. - P. 9477.

[52] Blixt, A.-M. Growth and characterization of Fe0.82Ni0.i8/V(001) superlattices / A.-M. Blixt, G. Andersson, J. Lu, B. Hjorvarsson // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2003. - V. 15. - № 4. - P. 625.

[53] Fonda, E. Evidence of intermixing at the Fe/Al interface in multilayers produced by metal vapor deposition at room temperature / E. Fonda, A. Traverse // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. - V. 268. - № 3. - P. 292.

[54] Jaouen, M. Elastic strains and enhanced stress relaxation effects induced by ion irradiation in W(110)/Cu(lll) multilayers: Comparative EXAFS and x-ray diffraction studies / M. Jaouen, J. Pacaud, C. Jaouen // Physical Review B. - 2001. - V. 64. - № 14. - P. 144106.

[55] Structure of Co/Cu multilayers studied by x-ray diffraction and x-ray absorption spectroscopy / S. Pizzini, F. Baudelet, A. Fontaine, M. Galtier, D. Renard, C. Marlie're // Physical Review B. -1993. - V. 47. - № 14. - P. 8754.

[56] Sayers, D. E. New technique for investigating noncrystalline structures: Fourier analysis of the extended x-ray—absorption fine structure / D. E. Sayers, E. A. Stern, F. W. Lytle // Physical Review Letters. -1971. - V. 27. - № 18. - P. 1204.

[57] Khelashvili, G. Practical regularization methods for analysis of EXAFS spectra / G. Khelashvili, G. Bunker // Journal of Synchrotron Radiation. - 1999. - V. 6. - № 3. - P. 271.

[58] Займан, Дж. Модели беспорядка. Теоретическая физика однородно неупорядоченных систем / Дж. Займан. - Москва: Мир, 1982. - 592 с.

[59] Booth, С. Н. Improved self-absorption correction for fluorescence measurements of extended x-ray absorption fine-structure / С. H. Booth, F. Bridges // Physica Scripta. - 2005. - № T115. -P. 202.

[60] Narayanan, T. Synchrotron small-angle x-ray scattering / в кн. Soft matter characterization, под ред. R. Borsali, R. Pecora. - USA, New York: Springer Science+Business Media, 2008. - P. 899-952.

[61] Hamley, I. W. Analysis of neutron and X-ray reflectivity data. I. Theory / I. W. Hamley, J. S. Pedersen // Journal of applied crystallography. -1994. - V. 27. - № 1. - P. 29.

[62] Pershan, P. S. X-ray reflectivity from the surface of a liquid crystal: surface structure and absolute value of critical fluctuations / P. S. Pershan, J. Als-Nielsen // Physical Review Letters. -1984. - V. 52. - № 9. - P. 759.

[63] «Х-Ray Interactions with Matter» [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://henke.ibl.gov/optical constants/

[64] Profile structures of very thin multilayers by x-ray diffraction using direct and refinement methods of analysis / V. Skita, M. Filipkowski, A. F. Garito, J. K. Blasie // Physical Review B. -1986. - V. 34. - № 8. - P. 5826.

[65] X-ray specular reflection studies of silicon coated by organic monolayers (alkylsiloxanes) / I. M. Tidswell, В. M. Ocko, P. S. Pershan, S. R. Wasserman, G. M. Whitesides, J. D. Axe // Physical Review B. - 1990. - V. 41. - № 2. - P. 1111.

[66] Klibanov, M. V. Phaseless inverse scattering and the phase problem in optics / M. V. Klibanov, P. E. Sacks //Journal of Mathematical Physics. - 1992. - V. 33. - № 11. - P. 3813.

[67] Clinton, W. L. Phase determination in x-ray and neutron reflectivity using logarithmic dispersion relations / W. L. Clinton // Physical Review B. - 1993. - V. 48. - № 1. - P. 1.

[68] van der Lee, A. Experimental feasibility of phaseless inverse scattering methods for specular reflectivity / A. van der Lee // European Physical Journal B. - 2000. - V. 13. - № 4. - P. 755.

[69] Локальная атомная структура многослойных наноструктур Fe-Ni/V по данным EXAFS-спектроскопии с применением синхротронного излучения / А. В. Ряжкин, Ю. А. Бабанов, И. Ю. Каменский, Б. Хъёрварссон, Т. Райх, М. Бъорк, А.-М. Бликст, Л. Н. Ромашев, В. В. Устинов. - Доклад на VI национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ-2007), 2007 г.

[70] Описание станции прецизионной рентгеновской оптики КЦСИ [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.kcsr.kiae.ru/stations/k6.6.php

[71] Zhou, X.-L. Model-independent method for the reconstruction of scattering-length-density profiles using neutron or x-ray reflectivity data / X.-L. Zhou, S. H. Chen // Physical Review E. -1993. - V. 47. - № 5. - P. 3174.

[72] Chou, C.-H. A necessary modification for groove tracking method / C.-H. Chou // Physica B: Condensed matter. - 1997. -V. 233. - № 2-3. - P. 130.

[73] Chou, C.-H. Non-unique electron density profiles of liquid mercury from a smoothed groove tracking method / C.-H. Chou // Chinese Journal of Physics. -1998. - V. 36. - № 2. - P. 91.

[74] Crowther, R. A. A linear analysis of the non-crystallographic symmetry problem / R. A. Crowther // Acta Crystallographica. - 1967. - V. 22. - № 6. - P. 758.

[75] Banerjee, S. Study of interdiffusion in thin Fe film deposited on Si(lll) by x-ray reflectivity and secondary ion mass spectrometry / S. Banerjee, G. Raghavan, M. K. Sanyal // Journal of Applied Physics. - 1999. - V. 85. - № 10. - P. 7135.

[76] X-ray reflection from rough layered systems / V. Holy, J. Kubena, I. Ohlidal, K. Lischka, W. Plotz // Physical Review B. - 1993. - V. 47. - № 23. - P. 15896.

Приложение. Другой вид поправки к показателю преломления в

рефлектометрии

Диэлектрическая проницаемость металлов при взаимодействии с рентгеновскими лучами слабо отличается от единицы и может быть представлена в виде:

где % ' малая комплексная поправка, модуль которой равен примерно Ю-5. Показатель преломления определяется как

Так как ^ «1, можно использовать разложение в ряд Тейлора, ограничившись линейным членом:

Рефлектометрические кривые снимаются при малых углах падения первичного пучка (о°-3°) где влияние этой малой поправки на преломление оказывается существенным. Для практических расчётов эту поправку удобно представлять как

Здесь / - мнимая единица; 8 - действительная часть поправки к показателю преломления, определяет отражение рентгеновских лучей от границ раздела с воздухом и между различными слоями внутри образца; /? - мнимая часть поправки к показателю преломления, определяет поглощение излучения внутри образца. Эти величины табулированы, их энергетические зависимости можно получить, например, на Интернет-ресурсе [63]. Оба коэффициента связаны с электронной плотностью образца и, следовательно, с атомной плотностью, т.е. концентрационными профилями элементов.

Программа для расчётов по методу Парратта, применяемая в данной работе,, использует величины

е = \ + %,

£ = -8-гР => х ~ ~28 - 2//?.

11е(;г) = -2<Ы0 1т(х) = 2/3-Ю6

Коэффициент 106 введён для удобства работы.