Методики синтеза и диагностики

Данная методика описывает операции по очистке монокристаллов тугоплавких металлов методом высокотемпературной «вспышки» и монокристаллов переходных металлов с использованием ионного травления в сверхвысоковакуумных условиях.

Настоящая методика основана на экспериментальной регистрации с использованием мето­да фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) проявления квантово-размерных эффектов в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов непрерывно в течение увеличения толщины напыляемой пленки, на­чиная с субмонослойных толщин. Толщина пленки может быть оценена с точностью до десятых долей монослоя и контролируема, исходя из наблюдаемого спектра квантовых электронных состояний по их энергии и количеству. Данная методика может быть использована при производстве прецизионных квантовых устройств наноэлектроники и новых наноструктурированных материалов.

Дифракция медленных электронов широко используется для исследования кристаллической структуры поверхности монокристаллов в условиях сверхвысокого вакуума. Информацию о структуре поверхности получают, анализируя упруго рассеянные кристаллом электроны, и это позволяет сделать заключение о совершенстве кристаллической структуры образца, об ориентации кристаллографических осей в пространстве. Эта информация необходима для правильной ориентации его в нужном кристаллографическом направлении для дальнейшего исследования методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) дисперсии энергетических зон вдоль выделенных направлений поверхностной зоны Бриллюэна с высокой симметрией. Данная методика позволяет сократить время, отведенное для характеризации и ориентации в пространстве поверхности монокристалла или низкоразмерных структур, сформированных на его поверхности.

Использование данной методики предоставляет возможность получения однозначной информации об электронной энергетической структуре и соответствующих дисперсионных зависимостях для электронных состояний валентной зоны исследуемых объектов. Особенно важным это становится при изучении процессов формирования и анализа электронных свойств низкоразмерных наноструктуированных объектов 2D- и 1D-типа, где имеет место существенная модификация их электронной структуры валентных состояний вследствие эффектов размерного квантования. Именно такая модификация и позволяет создавать объекты с принципиально новым типом электронной структуры (которая может быть модифицирована контролируемым образом) и, соответственно, приводить к принципиально новыми электронными свойствами создаваемых объектов. Поэтому очень важно иметь возможность изучения и контроля особенностей электронной структуры и дисперсии электронных состояний в требуемых направлениях зоны Бриллюэна, где имеет место размерные ограничения волновых функций наносистемы.

Фотоэлектронная спектроскопия позволяет определять энергии связи остовных уровней в твердом теле. Для каждого элемента существует свой набор энергий остовных уровней (наподобие „отпечатков пальцев“), при этом энергии остовных уровней, соответствующие различным элементам, довольно хорошо энергетически разделены. Данная методика позволяет идентифицировать различные элементы по фотоэлектронным спектрам, т.е. получить информацию об элементном составе изучаемой системы. Определяя энергии пиков в фотоэлектронных спектрах, можно получать информацию не только о том, атомы какого элемента находятся на поверхности твёрдого тела, но и в каком они химическом состоянии. Формирование химической связи между атомами твёрдого тела, сопровождающееся перераспределением электронной плотности, может приводить к изменению энергии связи электронов, что, естественно, будет проявляться и в изменении кинетической энергии фотоэлектронов.

Изучение распределения элементов по глубине производится с использованием методики растрового ионного профилирования. Суть методики заключается в следующем: исследуемая поверхность поочерёдно травится ионами аргона и исследуется РФЭС. В результате получается набор фотоэлектронных спектров при разном времени травления поверхности. Время травления поверхности определяет толщину удалённого слоя. Калибровка с использованием, например, атомно-силового микроскопа позволяет получить количественную зависимость глубины протравливания от времени.

Данная методика позволяет синтезировать однодоменный графен на поверхностях тонких монокристаллических слоёв никеля и кобальта.