Электронная энергетическая и спиновая структура тонких слоёв металлов, индуцированная спин-орбитальным взаимодействием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

-/О САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электронная энергетическая и спиновая структура тонких слоёв металлов, индуцированная спин-орбитальным взаимодействием

01.04.07 - Физика конденсированного состояния

и

На правах рукописи

804609321

Рыбкин Артем Геннадиевич

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

3 О СЕН 2010

Санкт-Петербург - 2010

004609321

Работа выполнена на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета.

доктор физико-математических наук, профессор,

Шикин Александр Михайлович (Санкт-Петербургский государственный университет)

доктор физико-математических наук, профессор,

Уздин Валерий Моисеевич (Санкт-Петербургский государственный университет),

доктор физико-математических наук, профессор,

Петров Владимир Никифорович (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Защита состоится « ' ' » 2010 г. в

на заседании совета

Д. 212.232.33 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, ул. Ульяновская, д. 1, конференц-зал НИИ Физики СПбГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан «.

Я.

»апТ^д 20Ю г.

Отзывы на автореферат просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук, профессор

Лёзов А. В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время исследования в направлении изучения спиновой электронной структуры различных низкоразмерных систем привлекают повышенное внимание вследствие бурного развития нового направления наноэлектроники - спинтроники, основанной на управлении спином электрона вместо его заряда [1, 2]. Хорошо известно, что именно спиновая поляризация квантовых состояний в слоистых системах на основе чередующихся слоев магнитных и благородных металлов приводит к модуляции магнитных свойств и эффекту осциллирующего магнитосопротивления в зависимости от толщины слоя немагнитного металла, обусловленному различием в транспортных характеристиках для электрона с различными проекциями спина [3]. Этот эффект находит в настоящее время широкое применение при разработке устройств записи и считывания информации [4]. Другой возможностью, приводящей к спиновой поляризации электронных состояний, является спин-орбитальное взаимодействие, в результате которого модифицируются спиновые характеристики низкоразмерных систем без влияния магнитного поля. И это может быть использовано для существенного уменьшения размеров спиновых устройств. Эффект индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия, подробно исследованный в данной работе, приводит к расщеплению электронных состояний по спину в тонких слоях лёгких металлов и даже графена, в которых в обычных условиях величина спин-орбитального расщепления электронных состояний пренебрежимо мала. Это открывает дополнительные обширные возможности для конструирования спиновых низкоразмерных устройств на основе металлов любого типа. Поэтому тема диссертационной работы является безусловно актуальной.

Цель диссертационной работы. Работа заключалась в исследовании электронной энергетической и спиновой структуры в тонких слоях металлов для выявления закономерностей спин-орбитального взаимодействия и факторов, определяющих это взаимодействие. Для этого исследовались тонкие эпитак-сиальные слои благородных и простых металлов (Аи, Ag, Си, А1, М§) с различным атомным номером Z, формируемые на подложках \У(110) и Мо(ПО) также с различным атомным номером, для выявления роли адсорбируемого металла и подложки, соответствующего внутриатомного градиента потенциала атомов подложки и гибридизации с электронными состояниями подложки в формировании исследуемой спиновой структуры электронных состояний в тонких слоях металлов.

Научная новизна. Работа содержит большое количество новых экспериментальных результатов и сформулированных научных заключений. Ниже перечислены наиболее важные из них. В работе впервые:

1. Показан и проанализирован дискретный характер изменения энергий квантовых электронных состояний в зависимости от толщины при формировании каждого нового монослоя в ультратонких слоях Си, А1, Mg на поверхностях \У(110) и Мо(ПО). Выявлена прямая взаимосвязь меж-

ду энергиями квантовых электронных состояний и толщиной слоя, позволяющая производить прецизионную калибровку напыляемых слоев с точностью до долей монослоя.

2. Проведены исследования методом спин-разрешённой фотоэлектронной спектроскопии и выявлено спиновое энергетическое расщепление электронных валентных состояний в ультратонких слоях и монослойных покрытиях благородных (Аи, Ag, Си) и простого (А1) металлов на поверхности А\ф10).

3. Выявлено, что обнаруженная спиновая поляризация квантовых и интерфейсных состояний обусловлена эффектом индуцированного спин-орбитального взаимодействия. Причём, если для тонких слоёв Аи, Ag, Си и частично А1 поведение спин-поляризованных квантовых электронных состояний может быть описано в рамках модифицированной модели Рашба (с ростом параллельной составляющей импульса /гц увеличивается величина расщепления), то для интерфейсных состояний спиновое расщепление обусловлено взаимодействием с поверхностными (I резонансами подложки и характеризуется уменьшением величины расщепления с ростом /С||.

4. Для тонких слоёв А1 на ^¥(110) обнаружен спин-зависимый эффект „непересечения" электронных состояний при взаимодействии квантовых и интерфейсных состояний, проявляющийся в появлении локальной области запрещённых состояний и существенном искажении дисперсионных зависимостей для состояний с различной проекцией спина.

5. Показано различное проявление эффекта индуцированного спин-орбитального расщепления квантовых электронных состояний в тонких слоях металлов в областях вне и внутри запрещённой зоны в электронной структуре подложки У/(110): а) вне запрещённой зоны - в соответствии с модифицированной моделью Рашба, б) внутри запрещённой зоны - исходя из особенностей гибридизации электронных состояний с различной проекцией спина.

6. Показано, что для тонких слоёв Mg на поверхности '\У(110) и Мо(110) эффект спинового расщепления проявляется в значительно меньшей степени вследствие локализации формируемых гибридизованных состояний вблизи поверхности (в результате взаимодействия с поверхностными состояниями Мд, в отличии от Аи, Ag, Си, А1, где волновые функции гибридизованных состояний локализованы вблизи межфазовой границы).

7. Обнаружено аномально высокое спиновое расщепление тг состояния квазисвободного графена при взаимодействии с нижележащим монослоем Аи, которое дополнительно увеличивается в областях пересечения 7г состояния графена и Аи в, состояний вследствие спин-зависимого эффекта „непересечения".

Практическая значимость. Изучение эффекта индуцированного спин-орбитального расщепления электронных состояний и основных факторов, его определяющих, а также изучение особенностей спиновой электронной структуры систем на основе комбинаций различных металлов является необходимым и важным для поиска новых перспективных систем спинтроники и прогнозирования работ соответствующих спиновых электронных устройств. В частности, определение основных параметров, определяющих спиновое расщепление электронных состояний при различных комбинациях контактирующих лёгких и тяжёлых металлов, позволит предсказывать спиновые характеристики прогнозируемых спиновых устройств. При этом возможность индуцированной спиновой поляризации электронных состояний в лёгких металлах при контакте с тяжёлыми металлами позволит существенно расширить перечень материалов со спиновыми характеристиками, необходимыми для конструирования высокоэффективных спиновых устройств.

Обнаруженный эффект индуцированной спиновой поляризации тг состояния графена на монослое золота при сохранении его линейной дисперсионной зависимости в области точки К зоны Бриллюэна и всех соответствующих уникальных электронных свойств графена может быть эффективно использован при разработке спинового графенового транзистора со сверхвысоким быстродействием.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Электронные квантовые и интерфейсные состояния в тонком слое благородного (Аи, Ац, Си) или простого (А1) металлов, эпитаксиально выращенного на поверхности монокристалла немагнитного металла с большим атомным номером (\\ф10)), характеризуются энергетическим расщеплением для состояний с различной проекцией спина.

2. Величина энергетического расщепления для состояний с различной проекцией спина для всех исследованных металлов практически не зависит от типа напыляемого металла и его атомного номера, а определяется материалом подложки, его атомным номером и особенностями электронной структуры.

3. Энергетическое расщепление интерфейсных состояний с различной проекцией спина, формируемых при монослойных покрытиях Аи, Ag, Си и А1 на поверхности \¥(110), вызвано индуцированным подложкой спин-орбитальным взаимодействием. Зависимость величины расщепления от значения параллельной составляющей импульса Щ для этих состояний, в отличие от квантовых электронных состояний, не описывается в рамках модели Рашба. При этом величина расщепления не зависит практически от адсорбируемого металла, а определяется материалом подложки и достигает значений 350-500 мэВ.

4. Гибридизации квантовых состояний в тонких слоях алюминия на \^(110) с интерфейсными состояниями, формирующимися на границе А1-АУ, при-

водит к зависящему от спина эффекту „непересечения" дисперсионных зависимостей электронных состояний и существенной модификации электронной энергетической и спиновой структуры.

5. Электронная структура графена, сформированного поверх монослоя золота в системе MG/Au/Ni(lll)/W(110), характеризуется аномально высоким спиновым расщеплением ж состояния графена и соответствующим спин-зависимым эффектом „непересечения" дисперсионных зависимостей, обусловленным гибридизацией п состояния графена с d состояниями золота.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих российских и международных конференциях: 7th International Workshop „Fullerenes and Atomic Clusters" (IWFAC) (Санкт-Петербург, 2005), 15th International Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics (VUV XV) (Berlin, 2007), I Международный Междисциплинарный Симпозиум „Физика низкоразмерных систем и поверхностей „Low Dimensional Systems" (LDS) (Ростов-на-Дону, 2008), Международный форум по Нанотех-нологиям „Rusnanotech" (Москва, 2008), Russian-German Workshop on the Development and Use of Accelerator-Driven Photon Sources (Berlin, 2009), XIII Международный Симпозиум „Нанофизика и Наноэлектроника" (Нижний Новгород, 2009), VII Национальная конференция „Рентгеновское, Синхротрон-ное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов, Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии" (РСНЭ-НБИК) (Москва, 2009), BESSY Users' Meeting (Berlin, 2010), WE-Heraeus-Seminar „Rashba and related spin-orbit effects in metals" (Bad Honnef, 2010), а также на научных семинарах СПбГУ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 6 статей в рецензируемых журналах [Al, А2, A3, A4, А5, А6], 2 статьи в сборниках трудов конференций [А7, А8] и 4 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора и шести глав. Работа изложена на 159 страницах, включая 91 рисунок. Список литературы содержит 131 ссылку.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены научные положения выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена рассмотрению основных факторов, определяющих электронную энергетическую и спиновую структуру тонких слоёв металлов. Проведён анализ существующих экспери-

ментальных и теоретических исследований по квантованию электронной энергетической структуры в тонких слоях металлов. Особое внимание уделено гибридизации электронных состояний слоя металла и подложки. Подробно рассмотрено спин-орбитальное взаимодействие как причина формирования и модификации спиновой структуры электронных состояний, формирующихся на поверхности монокристаллов, в слоях металлов и квазидвумерных структурах. На основании литературного обзора сформулированы направления исследований.

Во второй главе описаны экспериментальные методы исследования и спектрометры, на которых проводились измерения. Для получения информации об электронной энергетической и спиновой структуре заполненных электронных состояний, формируемых в тонком слое металла на поверхности монокристалла, использовался метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым и спиновым разрешением, позволяющий измерять дисперсионные зависимости валентных электронных состояний в различных высокосимметричных направлениях поверхностной зоны Бриллюэна, характеризующихся различной проекцией спина на ось, параллельную поверхности образца и перпендикулярную импульсу электрона. Для диагностики чистоты поверхности и напыляемых слоёв и стехиометрического состава формируемых систем использовался метод фотоэлектронной спектроскопии внутренних уровней. Для получения информации о кристаллической структуре изучаемых систем и их кристаллического совершенства, а также для выбора необходимого направления в зоне Бриллюэна для построения соответствующих дисперсионных зависимостей использовался метод дифракции медленных электронов. Использование всех этих методов позволило сформировать целостное представление об исследуемых системах и протекающих в них физических процессах. В этой же главе описана методика получения атомарно-чистых поверхностей монокристаллов и способ приготовления тонких слоёв металлов. Подготовка систем и все экспериментальные исследования проводились в условиях сверхвысокого вакуума ~ 1 — 2 • 10_1° торр.

Третья глава посвящена рассмотрению электронной энергетической структуры монокристаллов W(110) и Мо(ПО), которые были выбраны в качестве подложек для эпитаксиального роста исследуемых тонких слоёв металлов. Построены объёмные и поверхностные зоны Бриллюэна. Представлен расчёт объёмных электронных состояний вольфрама в высокосимметричных направлениях зоны Бриллюэна с учётом вклада в, р и <1 атомных орбиталей в рамках приближения сильной связи и сделана проекция объёмных состояний на поверхностную зону Бриллюэна с формированием абсолютных и симметрийных запрещённых зон. Рассмотрено формирование поверхностных (1 резонансов в псевдозапрещённой зоне, появляющейся при учёте спин-орбитального взаимодействия.

В четвёртой главе приведены результаты исследования электронной энергетической и спиновой структуры тонких слоёв благородных металлов на по-

W(110)

0° 10° Угол эмиссии, град.

(б) 1 MC Ag/W(110) (в) 1 MC Ag/W(110)

Угол эмиссии, град. Энергия связи, эВ

Рис. 1. Энергетическое положение особенностей фотоэлектронных спектров в зависимости от величины полярного угла относительно нормали к поверхности (аналог дисперсионной зависимости) в направлении ГВ поверхностной зоны Бриллюэна для чистой поверхности \¥(И0) (а) и 1 монослоя (МС) на \У(110) (б). Представлена первая производная от фотоэлектронной интенсивности по энергии. Спектр с угловым и спиновым разрешением для полярного угла 7.5° для системы 1 МС Ag/W(lЮ) (в). Энергия фотонов 65 эВ (а) и 62 эВ (б, в).

верхностях \У(110) и Мо(ПО), которая состоит из двух частей.

Первая часть посвящена изучению процесса формирования спектров квантовых электронных состояний (КЭС) в зависимости от толщины слоев и исследованию дисперсионных зависимостей квантовых электронных состояний, в том числе и с разрешением по спину, для определённых толщин слоёв. Дискретный характер изменения энергий КЭС по мере формирования каждого нового монослоя (МС) по толщине и соответствие энергий КЭС строго определённой толщине плёнки (в монослоях) было использовано для прецизионной оценки толщины формируемых плёнок и контроля момента формирования ультратонкого покрытия требуемой толщины. Установлено, что дисперсионные зависимости КЭС вр характера в тонких слоях Аи и Си на поверхности \¥(И0) отклоняются от параболической зависимости на краю запрещённой зоны в электронной структуре подложки в направлении ГВ поверхностной зоны Бриллюэна. Выявлено, что изменения связаны с эффектом гибридизации КЭС с объёмными состояниями подложки. Исследование спиновой поляризации КЭС показало, что они расщеплены по спину согласно модели Рашба с линейным увеличением величины расщепления с увеличением компоненты квазиимпульса параллельной поверхности [5]. Однако в отличие от простейшей модели Рашба величина спин-орбитального расщепления КЭС в гонких слоях металлов определяется градиентом внутриатомного потенциала, причём не атомов самого адсорбируемого металла, а атомов подложки, то есть зависит от атомного номера Z подложки.

Во второй части представлены результаты сравнительного исследования спиновой поляризации электронных состояний, формируемых в монослойных покрытиях А§, Аи и Си на поверхностях \¥(110) и Мо(НО), На рис, 1 (а, б) представлены соответствующие дисперсионные зависимости электронных состояний поверхности монокристалла \\ф10) и состояний, формируемых при монослойных покрытиях А£ на поверхности \Щ110), Как видно из представленных зависимостей, при напылении монослоёв А£ на поверхность ДУ(ПО) в

Рис. 2. Спектры с угловым и спиновым разрешением для некоторых полярных углов относительно нормали к поверхности в направлении Г§ для монослоёв различных металлов на поверхности W(110) (а). Сравнение величины энергетического расщепления интерфейсных состояний (б) и КЭС (в), формируемых в тонких слоях металлов на поверхности W(I10), в зависимости от величины параллельной составляющей импульса к\\

области запрещённых состояний в электронной структуре подложки (границы области показаны белыми пунктирными линиями) формируются дополнительные ветви интерфейсных состояний, локализованных в диапазоне энергий связи от 1.0 эВ и до уровня Ферми. Исследование показало, данные состояния полностью спин-поляризованы (рис. 1 (в)). Выявлено, что их спиновая поляризация меняется инверсным образом при изменении параллельной компоненты квазиимпульса с fcy на —fen (или соответствующего полярного угла). Независимость энергетического положения данных состояний от энергии фотонов, высокая интенсивность состояний для поверхностно-чувствительной энергии фотонов 62 эВ и их локализация в запрещённой зоне свидетельствует о том, что данные состояния квазидвухмерные и формируются на межфазовой границе. Из анализа фотоэлектронных спектров, представленных на рис. 2 (а), видно, что энергетическое расщепление формируемых интерфейсных состояний по спину практически не зависит от напыляемого металла и составляет величину ~0.35-0.45 эВ для монослоёв Au, Ag и Си на поверхности W(110), что существенно больше, чем при напылении данных металлов на поверхность Мо(ПО), меньше 0.15 эВ. Зависимость величины расщепления от атомного номера элемента подложки свидетельствует о том, что расщепление обусловлено спин-орбитальным взаимодействием, индуцированным подложкой, и определяется соответствующим градиентом внутриатомного потенциала, характерного для атомов подложки. На рис. 2 (б) показана зависимость величины спинового расщепления для состояний, сформированных при монослойных покрытиях Au, Ag и Си, в зависимости от значения параллельной составляющей импульса feii. Видно, что величина расщепления уменьшается с увеличением fey, что принципиально отличается от хода зависимости по модели Рашба. Результаты четвёртой главы опубликованы в работах [A3, А8|.

В пятой главе для подтверждения эффекта индуцированного подложкой спин-орбитального расщепления электронных состояний была исследована электронная и энергетическая структура слоёв простых металлов Mg (Z = 12) и AI (Z = 13) с малыми атомными номерами на подложке W(110)

♦ »

(а) 3 МС А1ЛЛ/(110) (б)

о

5 10

Толщина слоя А1, МС

15

0° 5° 10° 15° Угол эмиссии, град.

2 1 0 Энергия связи, эВ

Рис. 3. Энергетическая диаграмма изменений энергий КЭС в процессе осаждения плёнок АЦ1И) на поверхность \У(110) при температуре 0°С. Энергия фотонов 62 эВ.

Рис. 4. Диаграмма изменений энергий валентных состояний (а) и серия фотоэлектронных спектров со спиновым разрешением (б) для различных полярных углов относительно нормали к поверхности в направлении Г§ системы 3 монослоя А1 на '^'(110). Энергия фотонов 62 эВ.

с большим атомным номером 2 = 74. Проведённые исследования показали, что расщепление электронных состояний в слоях M.g не вызвано индуцированным подложкой спин-орбитальным взаимодействием, а обусловлено взаимодействием поверхностных состояний XV с поверхностным состоянием Mg. Вследствие этого, формируемые волновые функции пространственно локализованы не только на межфазовой границе W-Mg, но и на поверхности, что приводит к их независимости от градиента внутриатомного потенциала на атомах подложки. При напылении на поверхность Мо(ПО) величина расщепления имеет аналогичное значение. При этом если рассматривать другой простой металл А1, то дополнительный электрон в валентной зоне А1 сдвигает зону в сторону больших энергий связи таким образом, что поверхностное состояние А1(Ш) имеет энергию связи 4.68±0.03 эВ Это приводит к тому, что дисперсионная зависимость поверхностного состояния уже не пересекает запрещённую зону в электронной структуре Ш(110), расположенную между энергиями связи 0—2 эВ и значениями поверхностной проекции импульса Агц 0.3—1.0 А""1, что исключает формирование гибридизированных волновых функций, подобных наблюдаемым в системе Л^/\У(110). Показано, что в случае А1 имеет место эффект индуцированного спин-орбитального взаимодействия, аналогичный наблюдаемому в тонких слоях благородных металлов на Ш(110).

В работе проведено изучение изменений структуры спектров квантовых электронных состояний, формируемых в плёнках А1 различной толщины на поверхности У/(110) и показано, что изменение энергии квантовых электронных состояний с каждым новым монослоем происходит ступенчатым образом, как показано на рис, 3, что было использовано для определения толщины напыляемых плёнок с точностью до долей монослоя. Было выявлено, что плёнка алюминия на поверхности \У(110) толщиной от одного до трёх монослоёв фор-

(а) 10 МС А1ЛЛ/(110) (б)

Угол эмиссии, град. Энергия связи, эВ

Рис. 5. Диаграмма изменений энергий валентных состояний (а) и серия фотоэлектронных спектров со спиновым разрешением (б) для различных полярных углов относительно нормали к поверхности в направлении Г§ системы 10 монослоёв А1 на \\фШ) Энергия фотонов 62 эВ.

мируется с сохранением структуры объёмного вольфрама в направлении (110), а для больших толщин — в соответствии с соотношением Курдюмова-Закса вплоть до максимальной толщины 15 монослоёв, измеренной в данной работе.

Для слоев А1 толщиной 1-3 МС в запрещённой зоне электронной энергетической структуры подложки формируются интерфейсные состояния, у которых происходят значительные изменения дисперсионных зависимостей с увеличением толщины от 1 МС до 3 МС. Как видно на рис. 4, для 3 МС состояния являются практически бездисперсными. Для толщины слоя А1 10 монослоёв две дисперсионные ветви КЭС. (1) и (2) уже пересекаются с интерфейсными состояниями в запрещённой зоне вольфрама. На рис. 5 показаны соответствующие спин-интегрированные (а) и спин-разрешённые (б) фотоэлектронные спектры для различных полярных углов относительно нормали к поверхности. Для данной толщины слоя А1 КЭС с некоторой проекцией спина взаимодействуют с соответствующим интерфейсным состоянием с той же проекцией спина, что приводит к существенной модификации спиновой структуры системы с формированием набора спин-поляризованных дисперсионных зависимостей в области предполагаемого пересечения. Простейшая схема изменения исходных дисперсионных зависимостей электронных состояний при таком спин-зависимом эффекте „непересечения" представлена на рис, 6. Согласно этой схеме эффект „непересечения" приводит к образованию характерной „петли" дисперсионных зависимостей со значительным расщеплением квантового электронного состояния по спину в области предполагаемого пересечения с интерфейсными состояниями. При этом в областях, расположенных далеко от интерфейсных состояний, расщепление по спину значительно меньше и дисперсионная зависимость КЭС близка к зависимости, которая была бы без эффекта „непере-

к,, км к,.

Рис. 6. Схема спин-зависимого эффекта „непересечения" для трёх различных случаев взаимного расположения интерфейсных и квантовых электронных состояний.

сечения". Исследования показали, что вне области действия спин-зависимого эффекта „непересечения" интерфейсных и квантовых электронных состояний дополнительно наблюдается спиновое расщепление квантовых электронных состояний, которое может быть описано с позиций индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия (подобно спиновому расщеплению КЭС в тонких слоях Аи и А§ на У/(110)) с линейной зависимостью величины расщепления от параллельной составляющей импульса (см. рис. 2 (в)). Данный эффект может быть описан в рамках модифицированной модели Рашба с учётом внутриатомного градиента потенциала атомов подложки. Результаты пятой главы опубликованы в работах [А2, А4, А7, А8].

В шестой главе проведены исследования электронной энергетической и спиновой структуры \\ф10) в различных высокосимметричных направлениях поверхностной зоны Бриллюэна, анализ влияния исходной спиновой поляризации электронных состояний на поверхности \У(110) и её роль в эффекте индуцированного подложкой спин-орбитального расщепления электронных состояний в тонких слоях металлов. Было выявлено, что чистая поверхность ■\Щ110) характеризуется существенной спиновой поляризацией поверхностных резонансов в псевдозапрещённой зоне вольфрама, открываемой в результате спин-орбитального взаимодействия (см. рис. 7 (а)) [6]. Обнаружена практически полная спиновая поляризация £? резонансов с величиной энергетического „расщепления" для состояний с различной проекцией спина ~0.5 эВ. Данное энергетическое „расщепление" обусловлено спин-орбитальным взаимодействием и сравнимо с энергетической шириной псевдозапрещённой зоны в точке Г. Проведённый анализ показал, что необходимым условием наблюдения спин-поляризованных поверхностных резонансов является их поверхностная локализация. В системе „монослой металла на поверхности Ш(110)" с сохранением атомной структуры поверхности подложки происходит формирование интерфейсных состояний, волновые функции которых пространственно локализованы на межфазовой границе „монослой-монокристалл". Из рис. 7 (б) видно, что спиновая поляризация интерфейсных состояний для монослоя А1 аналогична той, которая наблюдается у поверхностных резонансов на поверхности \\^(110), и соответствующая величина спин-орбитального расщепления фор-

(а) \М(110) (б) 1МС А1ЛЛ/(110)

Рис. 7. Серии спектров с угловым и спиновым разрешением для различных полярных углов относительно нормали к поверхности в направлении Г§ для чистой поверхности \У(110) (а) и 1 МС А1 (б). Энергия фотонов 62 эВ.

мируемых состояний в основном определяется подложкой и, соответственно, её атомными параметрами спин-орбитального взаимодействия 5(1 состояний. Поэтому для монослоёв металлов на поверхности Мо(ИО) наблюдается существенно меньшая величина спин-орбитального расщепления. Проведённый анализ показал, что природа спиновой поляризации электронных состояний на поверхности \^(110) и в тонких слоях металлов на его поверхности связана с нарушением симметрии инверсии на поверхности и большим внутриатомным градиентом потенциала атомов подложки.

Седьмая глава посвящена проверке предположения об определяющей роли в эффекте индуцированного спин-орбитального расщепления процесса гибридизации между электронными состояниями адсорбируемого металла (элемента) с малым атомным номером и подложки с высоким атомным номером на примере системы с графеновым монослоем, сформированным поверх слоя Аи в результате интеркаляции. На рис. 8 показаны фотоэлектронные спектры с угловым и спиновым разрешением в направлении ГК поверхностной зоны Бриллюэна и соответствующая дисперсионная зависимость ж состояния гра-фена и Аи <1 состояний в данной системе. Графен, сформированный на слое атомов Аи в результате интеркаляции, характеризуется линейной дисперсионной зависимостью 7г состояния с точкой Дирака вблизи уровня Ферми, то есть дисперсионной зависимостью, характерной для свободного или квазисвободного графена. Однако из представленных результатов явно видно, что при пересечении ж состояния графена с Аи с? состояниями имеет место искажение дисперсионной зависимости 7Г состояния и даже появление разрыва в дисперсионной зависимости при энергии около 5 эВ. Данные изменения можно описать с позиции спин-зависимого эффекта „непересечения" электронных состояний для 7г состояния графена и с1 состояний Аи. Фотоэлектронные спек-

1 1|1 I 11 | М I ■] 11 М] I П I | 111 I] 11 Г

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

Энергия связи (эВ)

Ч|1111|Ч11|1 III |Щ1| III || 1111

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

Энергия связи (эВ)

-10° -5° 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° Угол эмиссии, град.

Энергия связи, эВ

Рис. 8. Диаграмма изменений энергий валентных состояний (а) и серия фотоэлектронных спектров со спиновым разрешением (б) для различных полярных углов относительно нормали к поверхности в направлении ГК системы с графеновым монослоем, локализованном поверх интеркалировашюго монослоя золота. Энергия фотонов 62 эВ.

тры со спиновым разрешением (рис. 8 (б)) для различных углов в области, где I 7г состояние не пересекается с Аи <1 состояниями (например, для полярного I угла 5.5°) показывают явную спиновую поляризацию Аи б. состояний. Ветви состояний с энергиями связи 3.5 и 4.3 эВ характеризуются различной проекцией спина. Именно ковалентное взаимодействие тт состояния графена с этими спин-поляризованными Аи й состояниями и приводит к аномально высокой спиновой поляризации п состояния графена (см. область углов 15.5°— 17.5°). Каждое п состояние с определённой проекцией спина взаимодействует с Аи </ I состояниями с аналогичной проекцией спина. В результате 7г состояния с раз- 1 личными проекциями спина испытывают разрывы дисперсионных зависимо- I стей и соответствующие изгибы зависимостей, обусловленные гибридизацией с соответствующими Аи с1 состояниями, при различных энергиях. Различие в дисперсионных зависимостях 7Г состояний с различной проекцией спина показано на рис. 8 (б) красными и синими пунктирными линиями. Таким образом, несмотря на линейность дисперсионной зависимости 7г состояния графена в об- | ласти точки К зоны Бриллюэна, графеновый монослой связан с нижележащим I интеркалированным слоем Аи ковалентно-подобными связями, что приводит I к индуцированному спин-орбитальному расщеплению 7г состояния графена и зависящему от спина эффекту „непересечения" электронных состояний. Результаты седьмой главы опубликованы в работах [А5, Аб].

В заключении приводится обсуждение основных результатов диссерта- ( ционной работы. В ходе проведённых исследований было показано, что тонкие слои металлов различной природы (Аи, Ag, Си, А1) с различным атом- 1 ным номером, формируемые на поверхности монокристалла \¥(110) с боль- 1 шим атомным номером, характеризуются формированием спин-расщеплённых

состояний с величиной энергетического расщепления ~0.5 эВ, обусловленного эффектом индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия. Данные состояния формируются в абсолютной запрещённой зоне подложки. Необходимым условием для наблюдения этого эффекта является требование высокой пространственной локализации волновых функций на межфазовой границе „слой-монокристалл". Это требование выполняется как для моносло-ёв благородных металлов Ац, Аи и Си, так и простого металла А1. Вторым необходимым условием является большой внутриатомный градиент потенциала атомов подложки, то есть использование в качестве подложки материала с большим атомным номером 2. Спин-орбитальное взаимодействие в тонких слоях благородных и простых металлов на поверхности переходного металла с высоким атомным номером сопровождается следующими отличительными характеристиками электронной энергетической и спиновой структуры:

• формирование в запрещённой зоне электронной энергетической структуры подложки полностью спин-поляризованных электронных состояний на межфазовой границе (интерфейсных состояний) для монослойных покрытий благородных металлов Ag, Аи и Си и простого металла А1. Величина энергетического расстояния между ними слабо зависит от атомного номера адсорбируемого элемента и определяется в основном параметрами спин-орбитального взаимодействия в атоме подложки;

• для более толстых слоёв: спиновая поляризация квантовых электронных состояний происходит по модели Рашба в областях, где нет гибридизации (взаимодействия) квантовых состояний с состояниями подложки, причём постоянная Рашба ад также определяется внутриатомным градиентом потенциала подложки с большим атомным номером Z\

• спин-зависимый эффект „непересечения" квантовых состояний со спин-расщеплёнными состояниями на межфазовой границе, приводящий к различной модификации дисперсионных зависимостей для состояний с различной проекцией спина.

На примере системы монослой графена {И = 6) на поверхности интеркали-рованного монослоя золота (И = 79) было показано, что наблюдаемый спин-зависимый эффект „непересечения" имеет общий характер для систем, в которых происходит взаимодействие спин-поляризованных состояний с состоянием без явной спиновой поляризации. В результате гибридизации п состояния графена и (I состояний слоя Аи происходит формирование спин-поляризованных состояний на межфазовой границе, спиновая структура которых индуцирована слоем Аи, материала с большим атомным номером Е. Гибридизация между состояниями слоя и подложки лежит в основе эффекта индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия.

Цитированная литература

[11 О. A. Prim. Magnetoelectronics // Science. — 1998,- Vol. 282, — Pp. 1660-1663.

[21 E. I. Rashba. Spintronics: sources and challenge // /. Supercond. — 2002. — Vol. 15, no. I. — Pp. 13-17.

[3[ A. M. ¡Ликин, О. Радер. Квантовые состояния как посредники в магнитном взаимодействии // Природа. — 2010. — по. 5. — Pp. 18-26.

[4] W. Clemens, Н. А. М. van den Berg, G. Rupp et al. Contactless potentiometer based on giant magnetoresistance sensors // /. Appl. Phys. - 1997. - Vol. 81, no. 8. - Pp. 4310-4312.

[51 10. А. Бычков, Э. И. Рашба. Свойства двумерного электронного газа со снятым вырождением спектра // Письма в ЖЭТФ. - 1984. - Т. 39, № 2. - С. 66-69.

[6| R. Н. Gaylord, S. D. Kenan. Spin-orbit-interaction-induced surface resonance on W(011) // Phys. Rev. В.- 1987,- Vol. 36 - Pp. 9337-9340.

Список публикаций

[Al] A. M. Шикин, Д. Е. Марченко, Н. А. Виноградов, Г. В. Прудникова, А. Г. Рыбкин, В. К. Адамчук, О. Rader. Анализ возможности спин-орбитальной природы растепления поверхностных состояний в тонких слоях Mg(0001) на поверхности W(110) и Мо(ПО) // ФТТ. - 2009. - Т. 51, № 3. - С. 572-583.

[А2[ А. Г. Рыбкин, А. М. Шикин, В. К. Адамчук. Спектры квантовых состояний в тонких металлических плёнках и их модификация: система Al/W(110) // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. - Т. 73, № 5. - С. 723-725.

[A3] А. М. Шикин, А. Г. Рыбкин. Д. Е. Марченко, Д. 10. Усачёв, В. К. Адамчук, А. 10. Ва-рыхалов, О. Rader. Индуцированное подложкой спин-орбитальное расщепление квантовых и интерфейсных состояний в слоях Au, Ag и Си различной толщины иа поверхностях W(UO) и Мо(ПО) // ФТТ. - 2010. - Т. 52, № 7. - С. 1412-1422.

[А4] А. Г. Рыбкин, Д. Ю. Усачёв, Д. Е. Марченко, А. М. Шикин, В. К. Адамчук, А.Ю. Варыхалов, О. Rader. Формирование спектров квантовых электронных состояний в тонких слоях Al на W(110) // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2010. — № 5. — С. 46-49.

[А5] A. Varykhalov, J. Sánchez-Barriga, А. М. Shikin, С. Biswas, Е. Vescovo, A. Rybkin, D. Marchenko, and О. Rader. Electronic and Magnetic Properties of Quasifreestanding Graphene on Ni Ц Phys. Rev. Lett. - 2008. - Vol. 101.- Pp. 157601-1-157601-4.

[A6] 0. Rader, A. Varykhalov, J. Sánchez-Barriga, D. Marchenko, A. Rybkin, and A. M. Shikin. Is There a Rashba Effect in Graphene on 3d Ferromagnets? // Phys. Rev. Lett. — 2009. — Vol. 102,- Pp. 057602-1-057602-4.

[A7] А. Г. Рыбкин, A. M. Шикин, В. К. Адамчук. Спектры квантовых состояний в тонких металлических плёнках и их модификация: система Al/W(110) // Труды первого международного междисциплинарного симпозиума "Физика низкоразмерных систем и поверхностей". - 2008. - С. 255-257.

|А8| Л. Г. Рыбкин, А. М. Шикин, В. К. Адамчук, А. 10. Варыхалов, О. Rader. Влияние особенностей электронной структуры подложки на спектры квантовых электронных состояний в тонких пленках простых (Al) и благородных (Au, Cu) металлов // Труды XIII международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". — Т. 1. — 603950, Нижний Новгород, ГСП-105: Институт физики микроструктур РАН, 2009,— С. 232-233.

Отпечатано когшровально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ. Приказ № 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 07.09.10 с оригинал-макета заказчика. Ф-т 30x42/4, Усл. псч. л.1. Тираж 100 экз., Заказ № 1083/с 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 929-43-00.

Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Особенности электронной энергетической и спиновой структуры тонких слоёв металлов

1.1.1. Размерное квантование электронной энергетической структуры в тонких слоях металлов.

1.1.2. Влияние электронной энергетической структуры подложки. Эффект „непересечения" дисперсионных зависимостей

1.1.3. Спин-орбитальное взаимодействие. Эффект Рашба.

1.1.4. Эффект спиновой поляризации электронных состояний в тонких слоях металлов

1.2. Механизмы роста тонких плёнок металлов

1.3. Выводы.

Глава 2. Экспериментальные методы исследования и подготовка эксперимента

2.1. Метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и его использование для анализа стехиометрического состава и электронной структуры низкоразмерных 2Э металлических систем

2.1.1. Метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым и спиновым разрешением

2.2. Дифракция медленных электронов для анализа кристаллической структуры тонких слоёв металлов

2.3. Сверхвысоковакуумные исследовательские системы

2.4. Приготовление и очистка поверхностей Ш(110) и Мо(110).

2.5. Приготовление слоёв металла на поверхностях Ш(110) и Мо(110)

Глава 3. Электронная энергетическая структура поверхностей \¥Х110) и Мо(ИО)

Глава 4. Электронная энергетическая и спиновая структура тонких слоёв благородных металлов (Ag, Аи и Си) на поверхностях \У(110) и Мо(110)

4.1. Формирование квантовых электронных состояний в тонких слоях Аи и

Си в зависимости от толщины.

4.1.1. Исследование дисперсионных зависимостей квантовых электронных состояний в направлении

§ поверхностной зоны Бриллюэна

4.1.2. Индуцированная спиновая поляризация квантовых электронных состояний

4.2. Формирование интерфейсных электронных состояний в монослойных покрытиях Аg, Аи и Си на поверхностях "^110) и Мо(110)

4.2.1. Исследование дисперсионных зависимостей интерфейсных электронных состояний в направлении

§ поверхностной зоны Бриллюэна

4.2.2. Индуцированная спиновая поляризация интерфейсных электронных состояний. Зависимость от атомного номера напыляемого металла и материала подложки

4.3. Выводы.

Глава 5. Электронная энергетическая и спиновая структура тонких слоёв простых металлов на поверхности \¥(110)

5.1. Электронная энергетическая структура тонких слоёв на поверхностях >^(110) и Мо (110)

5.1.1. Калибровка толщины исследуемых слоёв М^ по спектрам квантовых состояний.

5.1.2. Изменения дисперсионных зависимостей поверхностных состояний в зависимости от толщины слоёв магния.

5.1.3. Выводы.

5.2. Механизм роста слоёв А1 на поверхности А^(110). Формирование квантовых электронных состояний в тонких слоях А1 на поверхности "\^(110).

5.3. Интерфейсные и квантовые электронные состояния в тонких слоях А1 на Ш(110). Зависящий от спина эффект „непересечения" дисперсионных зависимостей электронных состояний. Модификация спиновой электронной структуры

5.3.1. Дисперсионные зависимости интерфейсных и квантовых электронных состояний в направлении ГН и Г1Ч поверхностной зоны Бриллюэна и эффект „непересечения".

5.4. Выводы

Глава 6. Сравнение эффектов спиновой поляризации, индуцированной в тонких слоях металлов различного типа на поверхности \У(110).

6.1. Спиновая электронная структура W(110)

6.2. Спин-поляризованные поверхностные резонансы \\^(110) и их роль в эффекте индуцированного подложкой спин-орбитального расщепления квантовых и интерфейсных электронных состояний в тонких слоях металлов различной природы на поверхности "\¥(110)

6.3. Выводы.

Глава 7. Электронная энергетическая и спиновая структура графена на поверхности интеркалированного слоя золота.

7.1. Синтез графена на поверхности слоя N¡(111) на Ш(110)

7.2. Модификация электронной структуры графенового монослоя вследствие ин-теркаляции атомов Аи

7.3. Спиновая электронная структура графенового монослоя в синтезируемой структуре и её взаимосвязь с эффектом гибридизации Аи й состояний с

7г состоянием графена

7.4. Выводы.

Актуальность работы. В настоящее время исследования в направлении изучения спиновой электронной структуры различных низкоразмерных систем привлекают повышенное внимание вследствие бурного развития нового направления наноэлектроники - спинтро-ники, основанной на управлении спином электрона вместо его заряда [1, 2]. Хорошо известно, что именно спиновая поляризация квантовых состояний в слоистых системах на основе чередующихся слоёв магнитных и благородных металлов приводит к модуляции магнитных свойств и эффекту осциллирующего магнитосопротивления в зависимости от толщины слоя немагнитного металла, обусловленному различием в транспортных,характеристиках для электрона с различными проекциями спина [3]. Этот эффект находит в настоящее время широкое применение при разработке устройств записи и считывания информации [4]. Другой возможностью, приводящей к спиновой поляризации электронных состояний, является спин-орбитальное взаимодействие, в результате которого модифицируются спиновые характеристики низкоразмерных систем без влияния магнитного поля. И это может быть использовано для существенного уменьшения размеров спиновых устройств. Эффект индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия, подробно исследованный в данной работе, приводит к расщеплению электронных состояний по спину в тонких слоях лёгких металлов и даже графена, в которых в обычных условиях величина спин-орбитального расщепления электронных состояний пренебрежимо мала. Это открывает дополнительные обширные возможности для конструирования спиновых низкоразмерных устройств на основе металлов любого типа. Поэтому тема диссертационной работы является безусловно актуальной.

Цель диссертационной работы. Работа заключалась в исследовании электронной энергетической и спиновой структуры в тонких слоях металлов для выявления закономерностей спин-орбитального взаимодействия и факторов, определяющих это взаимодействие. Для этого исследовались тонкие эпитаксиальные слои благородных и простых металлов (Аи, Ag, Си, А1, Л^) с различным атомным номером Z, формируемые на подложках \УХ110) и Мо(110) также с различным атомным номером, для выявления роли адсорбируемого металла и подложки, соответствующего внутриатомного градиента потенциала атомов подложки и гибридизации с электронными состояниями подложки в формировании исследуемой спиновой структуры электронных состояний в тонких слоях металлов.

Научная новизна. Работа содержит большое количество новых экспериментальных результатов и сформулированных научных заключений. Ниже перечислены наиболее важные из них. В работе впервые:

1. Показан и проанализирован дискретный характер изменения энергий квантовых электронных состояний в зависимости от толщины при формировании каждого нового монослоя в ультратонких слоях Си, А1, N\.g на поверхностях Ш(1Ю) и Мо(ИО). Выявлена прямая взаимосвязь между энергиями квантовых электронных состояний и толщиной слоя, позволяющая производить прецизионную калибровку напыляемых слоёв с точностью до долей монослоя.

2. Проведены исследования методом спин-разрешённой фотоэлектронной спектроскопии и выявлено спиновое энергетическое расщепление электронных валентных состояний в ультратонких слоях и монослойных покрытиях благородных (Аи, Ag, Си) и простого (А1) металлов на поверхности \УХ110).

3. Выявлено, что обнаруженная спиновая поляризация квантовых и интерфейсных состояний обусловлена эффектом индуцированного спин-орбитального взаимодействия. Причём, если для тонких слоёв Аи, А§, Си и частично А1 поведение спин-поляри-зованных квантовых электронных состояний может быть описано в рамках модифицированной модели Рашба (с ростом параллельной составляющей импульса /сц увеличивается величина расщепления), то для интерфейсных состояний спиновое расщепление обусловлено взаимодействием с поверхностными (1, резонансами подложки и характеризуется уменьшением величины расщепления с ростом Щ.

4. Для тонких слоёв А1 на "\Д^(1Ю) обнаружен спин-зависимый эффект „непересечения" электронных состояний при взаимодействии квантовых и интерфейсных состояний, проявляющийся в появлении локальной области запрещённых состояний и существенном искажении дисперсионных зависимостей для состояний с различной проекцией спина.

5. Показано различное проявление эффекта индуцированного спин-орбитального расщепления квантовых электронных состояний в тонких слоях металлов в областях вне и внутри запрещённой зоны в электронной структуре подложки "\^(110): а) вне запрещённой зоны - в соответствии с модифицированной моделью Рашба, б) внутри запрещённой зоны - исходя из особенностей гибридизации электронных состояний с различной проекцией спина.

6. Показано, что для тонких слоев M.g на поверхности А^(ИО) и Мо(110) эффект спинового расщепления проявляется в значительно меньшей степени вследствие локализации формируемых гибридизованных состояний вблизи поверхности (в результате взаимодействия с поверхностными состояниями N\.g, в отличии от Аи, Си, А1, где волновые функции гибридизованных состояний локализованы вблизи межфазовой границы).

7. Обнаружено аномально высокое спиновое расщепление 7г состояния квазисвободного графена при взаимодействии с нижележащим монослоем Аи, которое дополнительно увеличивается в областях пересечения 7г состояния графена и Аи с? состояний вследствие спин-зависимого эффекта „непересечения".

Практическая значимость. Р1зучение эффекта индуцированного спин-орбитального расщепления электронных состояний и основных факторов, его определяющих, а также изучение особенностей спиновой электронной структуры систем на основе комбинаций различных металлов является необходимым и важным для поиска новых перспективных систем спинтроники и прогнозирования работ соответствующих спиновых электронных устройств. В частности, определение основных параметров, определяющих спиновое расщепление электронных состояний при различных комбинациях контактирующих лёгких и тяжёлых металлов, позволит предсказывать спиновые характеристики прогнозируемых спиновых устройств. При этом возможность индуцированной спиновой поляризации электронных состояний в лёгких металлах при контакте с тяжёлыми металлами позволит существенно расширить перечень материалов со спиновыми характеристиками, необходимыми для конструирования высокоэффективных спиновых устройств.

Обнаруженный эффект индуцированной спиновой поляризации тг состояния графена на монослое золота при сохранении его линейной дисперсионной зависимости в области точки К зоны Бриллюэна и всех соответствующих уникальных электронных свойств графена может быть эффективно использован при разработке спинового графенового транзистора со сверхвысоким быстродействием.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Электронные квантовые и интерфейсные состояния в тонком слое благородного (Аи, Ag, Си) или простого (А1) металлов, эпитаксиально выращенного на поверхности монокристалла немагнитного металла с большим атомным номером (W(110)), характеризуются энергетическим расщеплением для состояний с различной проекцией спина.

2. Величина энергетического расщепления для состояний с различной проекцией спина для всех исследованных металлов практически не зависит от типа напыляемого металла и его атомного номера, а определяется материалом подложки, его атомным номером и особенностями электронной структуры.

3. Энергетическое расщепление интерфейсных состояний с различной проекцией спина, формируемых при монослойных покрытиях Au, Ag, Си и Al на поверхности W(110), вызвано индуцированным подложкой спин-орбитальным взаимодействием. Зависимость величины расщепления от значения параллельной составляющей импульса fey для этих состояний, в отличие от квантовых электронных состояний, не описывается в рамках модели Рашба. При этом величина расщепления не зависит практически от адсорбируемого металла, а определяется материалом подложки и достигает значений 350-500 мэВ.

4. Гибридизации квантовых состояний в тонких слоях алюминия на W(110) с интерфейсными состояниями, формирующимися на границе A1-W, приводит к зависящему от спина эффекту „непересечения" дисперсионных зависимостей электронных состояний и существенной модификации электронной энергетической и спиновой структуры.

5. Электронная структура графена, сформированного поверх монослоя золота в системе MG/Au/Ni(lll)/W(110), характеризуется аномально высоким спиновым расщеплением 7г состояния графена и соответствующим спин-зависимым эффектом „непересечения" дисперсионных зависимостей, обусловленным гибридизацией л состояния графена с d состояниями золота.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих российских и международных конференциях: 7th International Workshop „Fullerenes and Atomic Clusters" (IWFAC) (Санкт-Петербург, 2005), 15th International Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics (VUV XV) (Berlin, 2007), I Международный Междисциплинарный Симпозиум „Физика низкоразмерных систем и поверхностей „Low Dimensional Systems" (LDS) (Ростов-на-Дону, 2008), Международный форум по Нанотехнологиям „Rusnanotech" (Москва, 2008), Russian-German Workshop on the Development and Use of Accelerator-Driven Photon Sources (Berlin, 2009), XIII Международный Симпозиум „Нанофизика и Наноэлектроника" (Нижний Новгород, 2009), VII Национальная конференция „Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов, Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии" (РСНЭ-НБИК) (Москва, 2009), BESSY Users' Meeting (Berlin, 2010), WE-Heraeus-Seminar „Rashba and related spin-orbit effects in metals" (Bad Honnef, 2010), а также на научных семинарах СПбГУ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 6 статей в рецензируемых журналах [5-10], 2 статьи в сборниках трудов конференций [11, 12] и 4 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора и шести глав. Работа изложена на 159 страницах, включая 91 рисунок. Список литературы содержит 131 ссылку.

7.4. Выводы

1. Контакт графенового монослоя (т.е. элемента с малым атомным номером) с металлом с высоким атомным номером (Аи) приводит к эффекту индуцированной спиновой поляризации 7Г состояния графена до значений, абсолютно не достижимым в изолированном графеновом монослое. Это с успехом может быть использовано при конструировании спиновых устройств.

2. Данный эффект обусловлен формированием гибридных связей между тг состоянием графена и <1 состояниями Аи.

3. Величина спинового расщепления и конкретная модификация электронной и спиновой структуры системы с графеновым монослоем на поверхности Аи могут быть описаны с позиции эффекта „непересечения" между тг состоянием графена и исходно спин-поляризованными с! состояниями Аи. Имеет место формирование локальных энергетических щелей в областях предполагаемого пересечения этих состояний.

4. При этом ввиду заселения разрыхляющих состояний графен не является сильно связанным с Аи-подложкой, и вследствие этого линейность дисперсионной зависимости 7г состояния графена в области точки К зоны Бриллюэна сохраняется.

5. При контакте графенового монослоя с металлом с меньшим атомным номером (N1) спинового расщепления -к состояния практически не наблюдается (меньше, чем 45 мэВ).

Заключение

В ходе проведённых исследований было показано, что тонкие слои металлов различной природы (Аи, А§, Си, А1) на поверхности монокристалла \У(110) с большим атомным номером 2 = 74, в отличие от Мо(110), характеризуются формированием спин-расщеп-лённых состояний с величиной энергетического расщепления ~0.5 эВ, обусловленного эффектом индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия. Данные состояния формируются в абсолютной запрещённой зоне подложки. Необходимым условием для наблюдения этого эффекта является требование высокой пространственной локализации волновых функций на межфазовой границе „слой-монокристалл". Это требование выполняется как для монослоёв благородных металлов Аи и Си, так и простого металла А1. Вторым необходимым условием является большой внутриатомный градиент потенциала атомов подложки, то есть использование в качестве подложки материала с большим атомным номером Z. Спин-орбитальное взаимодействие в тонких слоях благородных и простых металлов на поверхности переходного металла с высоким атомным номером сопровождается следующими отличительными характеристиками электронной энергетической и спиновой структуры:

• формирование в запрещённой зоне электронной энергетической структуры подложки полностью спин-поляризованных электронных состояний на межфазовой границе (интерфейсных состояний) для монослойных покрытий благородных металлов к%, Аи и Си и простого металла А1. Величина энергетического расстояния между ними слабо зависит от атомного номера адсорбируемого элемента и определяется в основном параметрами спин-орбитального взаимодействия в атоме подложки;

• для более толстых слоёв: спиновая поляризация квантовых электронных состояний происходит по модели Рашба в областях, где нет гибридизации (взаимодействия) квантовых состояний с состояниями подложки, причём постоянная Рашба ац также определяется внутриатомным градиентом потенциала подложки с большим атомным номером Z;

• спин-зависимый эффект „непересечения" квантовых состояний со спин-расщеплен-ными состояниями на межфазовой границе, приводящий к различной модификации дисперсионных зависимостей для состояний с различной проекцией спина.

На примере системы монослой графена = 6) на поверхности интеркалированно-го монослоя золота (.2Г = 79) было показано, что наблюдаемый спин-зависимый эффект „непересечения" имеет общий характер для систем, в которых происходит взаимодействие спин-поляризованных состояний с состоянием без явной спиновой поляризации. В результате гибридизации 7г состояния графена и й состояний слоя Аи происходит формирование спин-поляризованных состояний на межфазовой границе, спиновая структура которых индуцирована слоем Аи, материала с большим атомным номером Z. Гибридизация между состояниями слоя и подложки лежит в основе эффекта индуцированного подложкой спин-орбитального взаимодействия.

1. G. A. Prinz. Magnetoelectronics // Science. 1998. - Vol. 282. — Pp. 1660-1663.

2. E. I. Rashba. Spintronlcs: sources and challenge ///. Supercond.— 2002.— Vol. 15, no. 1,- Pp. 13-17.

3. A. M. Шикин, О. Радер. Квантовые состояния как посредники в магнитном взаимодействии // Природа. — 2010. — по. 5. — Pp. 18-26.

4. W. Clemens, Н. А. М. van den Berg, G. Rupp et al. Contactless potentiometer based on giant magnetoresistance sensors // /. Appl. Phys. — 1997.— Vol. 81, no. 8.— Pp. 4310-4312.

5. А. Г. Рыбкин, А. М. Шикин, В. К. Адамчук. Спектры квантовых состояний в тонких металлических плёнках и их модификация: система Al/W(110) // Известия РАН. Серия физическая. — 2009. — Т. 73, № 5. С. 723-725.

6. A. Varykhalov, J. Sánchez-Barriga, А. М. Shikin, С. Biswas, Е. Vescovo, A. Rybkin, D. Marchenko, and О. Rader. Electronic and Magnetic Properties of Quasifreestanding Graphene on Ni // Phys. Rev. Lett. 2008. - Vol. 101. - Pp. 157601-1-157601-4.

7. O. Rader, A. Varykhalov, J. Sánchez-Barriga, D. Marchetiko, A. Rybkiri, and A. M. Shikin. Is There a Rashba Effect in Graphene on 3d Ferromagnets? // Phys. Rev. Lett. 2009. - Vol. 102. - Pp. 057602-1-057602-4.

8. М. Milun, P. Peruan, D. P. Woodruff. Quantum well structures in thin metal films: simple model physics in reality? // Rep. Prog. Phys. — 2002. — Vol. 65. — Pp. 99-141.

9. P. M. Echenique, J. B. Pendry. The existence and detection of Rydberg states at surfaces // /. Phys. С: Solid State Phys. 1978. — Vol. 11. — Pp. 2065-2075.

10. N. V. Smith. Phase analysis of image states and surface states associated with nearly-free-electron band gaps // Phys. Rev. B. — 1985. — Vol. 32, no. 6. — Pp. 3549-3555.

11. A. M. Shikin, O. Rader, G. V. Prudnikova et al. Quantum well states of sp- and d-character in thin Au overlayers on W(110) // Phys. Rev. B. — 2002. — Vol. 65. — Pp. 075403-1-075403-10.

12. A. M. Шикин, В. К. Адамчук. Квантово-размерные эффекты в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов и их анализ // ФТТ. — 2008. — Т. 50, № 6. — С. 1121-1137.

13. F. J. Himpsel, J. Е. Ortega, G. J. Mankey, R. F. Willis. Magnetic nanostructures // Adv. Phys. 1998. - Vol. 47, no. 4. - Pp. 511-597.

14. J. E. Ortega, F. J. Himpsel, G. J. Mankey, R. F. Willis. Quantum-well states and magnetic coupling between ferromagnets through a noble-metal layer // Phys. Rev. B. 1993. - Vol. 47, no. 3. - Pp. 1540-1552.

15. A. M. Shikin, D. V. Vyalikh, G. V. Prudnikova, V. K. Adamchuk. Phase accumulation model analysis of quantum well resonances formed in ultra-thin Ag, Au films on W(110) // Surf. Sci. 2001. - Vol. 487, no. 1. - Pp. 135-145.

16. A.M. Shikin, 0. Rader, W. Gudat et al. Quantum well states of sp and d character in ultrathin epitaxial Ag and Au films on W(110) // Surf. Rev. Lett. — 2002. Vol. 9. -Pp. 1375-1378.

17. L. Aballe, C. Rogero, P. Kratzer et al. Probing interface electronic structure with overlayer quantum-well resonances: Al/Si(lll) // Phys. Rev. Lett. — 2001,— Vol. 87, no. 15,- Pp. 156801-1-156801-4.

18. D. V. Vyalikh, Yu. Kucherenko, F. Schiller et al. Detecting the parity of electron wave functions in solids by quantum-well states of overlayers 11 New J. Phys. — 2008. — Vol. 10,- Pp. 043038-1-043038-12.

19. I. Matsuda, T. Ohta, H. W. Yeom. In-plane dispersion of the quantum-well states of the epitaxial silver films on silicon // Phys. Rev. B. — 2002. — Vol. 65. — Pp. 085327-1-085327-7.

20. S.-J. Tang, L. Basile, T. Miller, T.-C. Chiang. Breakup of quasiparticles in thin-film quantum wells // Phys. Rev. Lett.— 2004,— Vol. 93, no. 21.— Pp. 216804-1-216804-4.

21. S.-J. Tang, T. Miller, T.-C. Chiang. Modification of surface states in ultrathin films via hybridization with the substrate: a study of Ag on Ge // Phys. Rev. Lett. — 2006. — Vol. 96. Pp. 036802-1-036802-4.

22. P. Moras, D. Topwal, P. M. Sheverdyaeva et al. Influence of the substrate bands on the sp-levels topology of Ag films on Ge(lll) // Phys. Rev. B. — 2009. — Vol. 80. — Pp. 205418-1-205418-5.

23. E. Rotenberg, Y Z. Wu, J. M. An et al. Non-free-electron momentum- and thickness-dependent evolution of quantum well states in the Cu/Co/Cu(001) system // Phys. Rev. B. 2006. - Vol. 73. - Pp. 075426-1-075426-4.

24. N. J. Speer, S.-J. Tang, T. Miller, T.-C. Chiang. Coherent electronic fringe structure in incommensurate silver-silicon quantum wells // Science. — 2006. — Vol. 314. — Pp. 804-806.

25. A. M. Shikin, D. V. Vyalikh, Yu. S. Dedkov et al. Extended energy range of Ag quantum-well states in Ag(lll)/Au(lll)/W(110) // Phys. Rev. В. 2000.- Vol. 62, no. 4. - Pp. R2303—R2306.

26. A. Varykhalov, A. AL Shikin, W. Gudat et al. Probing the ground state electronic structure of a correlated electron system by quantum well states: Ag/Ni(lll) // Phys. Rev. Lett. 2005. - Vol. 95. - Pp. 247601-1-247601-4.

27. S. D. Ganichev, V. V. Bel'kov, L. E. Golub et al. Experimental separation of Rashba and Dresselhaus spin splittings in semiconductor quantum wells 11 Phys. Rev. Lett. — 2004. Vol. 92, no. 25. - Pp. 256601-1-256601-4.

28. Ю. А. Бычков, Э. И. Рашба. Свойства двумерного электронного газа со снятым вырождением спектра // Письма в ЖЭТФ. — 1984. — Т. 39, № 2. — С. 66-69.

29. S. LaShell, В. A. McDougall, Е. Jensen. Spin Splitting of an Au(lll) surface state band observed with angle resolved photoelectron spectroscopy // Phys. Rev. Lett. — 1996. Vol. 77, no. 16. - Pp. 3419-3422.

30. M. Hoesch, M. Muntwiler, V. N. Petrov et al. Spin structure of the Shockley surface state on Au(lll) // Phys. Rev. B. — 2004. Vol. 69. - Pp. 241401(R)-l-241401(R)-4.

31. G. Nicolay, F. Reinert, S. Hüfner, P. Blaha. Spin-orbit splitting of the ¿-gap surface state on Au(lll) and Ag(lll) // Phys. Rev. B.— 2001,— Vol. 65.— Pp. 033407-1-033407-4.

32. L. Petersen, P. Hedegdrd. A simple tight-binding model of spin-orbit splitting of sp-derived surface states // Surf. Sei. 2000. - Vol. 459. — Pp. 49-56.

33. Yu. M. Koroteev, G. Bihlmayer, J. E. Gayone et al. Strong spin-orbit splitting on Bi surfaces // Phys. Rev. Lett. — 2004. — Vol. 93, no. 4. Pp. 046403-1-046403-4.

34. M. Hochstrasser, J. G. Tobin, Eli Rotenberg, S. D. Kevan. Spin-resolved photoemission of surface states of W(110)-(lxl)H // Phys. Rev. Lett. 2002,- Vol. 89, no. 21.— Pp. 216802-1-216802-4.

35. A. Eiguren, C. Ambrosch-Draxl. Spin polarization and relativistic electronic structure of the lxl H/W(110) surface // New J. of Phys. 2009. - Vol. 11. - P. 013056.

36. C. R. Ast, J. Henk, A. Ernst et al. Giant spin splitting through surface alloying // Phys. Rev. Lett. 2007. - Vol. 98. - Pp. 186807-1-186807-4.

37. J. Premper, M. Trautmann, J. Henk, P. Bruno. Spin-orbit splitting in an anisotropic two-dimensional electron gas 11 Phys. Rev. B. — 2007. — Vol. 76. — Pp. 073310-1-073310-4.

38. G. Bihlmayer, S. Blügel, E. V. Chulkov. Enhanced Rashba spin-orbit splitting in Bi/Ag(lll) and Pb/Ag(lll) surface alloys from first principles // Phys. Rev. B.— 2007.- Vol. 75.- Pp. 195414-1-195414-6.

39. L. Moreschini, A. Bendounan, H. Bentmann et al. Influence of the substrate on the spin-orbit splitting in surface alloys on (111) noble-metal surfaces // Phys. Rev. B.— 2009. — Vol. 80,- Pp. 035438-1-035438-6.

40. Eli Rotenberg, J. W. Chung, S. D. Kevan. Spin-orbit coupling induced surface band splitting in Li/W(110) and Li/Mo(110) // Phys. Rev. Lett. — 1999. — Vol. 82, no. 20. — Pp. 4066-4069.

41. T. Hirahara, T. Nagao, I. Matsuda et al. Role of spin-orbit coupling and hybridization effects in the electronic structure of ultrathin Bi films // Phys. Rev. Lett. — 2006. — Vol. 97. Pp. 146803-1-146803-4.

42. T. Hirahara, T. Nagao, I. Matsuda et al. Quantum well states in ultrathin Bi films: angle-resolved photoemission spectroscopy and first-principles calculations study // Phys. Rev. B.- 2007. Vol. 75. - Pp. 035422-1-035422-9.

43. T. Hirahara, K. Miyamoto, I. Matsuda et al. Direct observation of spin splitting in bismuth surface states // Phys. Rev. B. 2007. - Vol. 76. - Pp. 153305-1-153305-4.

44. C. Koitzsch, C. Battaglia, F. Clerc et al. Photoemission of a quantum cavity with a nonmagnetic spin separator // Phys. Rev. Lett.— 2005.— Vol. 95,— Pp. 126401-1-126401-4.

45. F. Schiller, M. Heber, V. D. P. Servedio, C. Laubschat. Electronic structure of Mg: From monolayers to bulk // Phys. Rev. B. — 2004. Vol. 70. — Pp. 125106-125114.

46. F. Schiller, R. Keyling, E. V. Chulkov, J. E. Ortega. Surface state scattering at a buried interface // Phys. Rev. Lett. — 2005. Vol. 95. — Pp. 126402-1-126402-4.

47. A. Varykhalov, J. Sánchez-Barriga, A. M. Shikin et al. Quantum cavity for spin due to spin-orbit interaction at a metal boundary // Phys. Rev. Lett. — 2008. — Vol. 101, no. 25,- Pp. 256601-1-256601-4.

48. C. Argile, G. E. Rhead. Adsorbed layer and thin film growth modes monitored by Auger electron spectroscopy // Surf. Sci. Rep. 1989. — Vol. 10, no. 6-7. - Pp. 277-356.

49. Z. Zhang, Q. Niu, C.-K. Shih. „Electronic growth" of metallic overlayers on semiconductor substrates // Phys. Rev. Lett. — 1998. — Vol. 80, no. 24. — Pp. 5381-5384.

50. E. Bauer, H. Poppa, G. Todd, P. R. Davis. The adsorption and early stages of condensation of Ag and Au on W single-crystal surfaces // J. App. Phys. — 1977. — Vol. 48, no. 9,- Pp. 3773-3787.

51. P. D. Augustus, J. P. Jones. The epitaxi of gold on (110) tungsten studied by LEED // Surf. Sci. 1977. - Vol. 64. - Pp. 713-731.

52. E. Bauer; H. Poppa. A comparison of the initial growth of metal layers on Mo(110) and W(110) surfaces // Thin Solid Films. 1984. - Vol. 121. - Pp. 159-173.

53. H. Knoppe, E. Bauer. Ultrathin Au films on W(110): Epitaxial growth and electronic structure // Phys. Rev. B. — 1993. Vol. 48, no. 8. - Pp. 5621-5629.

54. M.L. Hildner, K.E. Johnson, R.J. Wilson. The role of stress in the heteroepitaxy of Au on W(110) I ! Surf. Sei. 1997. - Vol. 388. - Pp. 110-120.

55. K. Reshöft, C. Jensen, U. Köhler. Atomistics of the epitaxial growth of Cu on W(U0) // Surf. Sei. 1999. - Vol. 421. - Pp. 320-336.

56. Д. В. Вялых, A.M. LLIukuh, Г. В. Прудникова и др. Квантовые электронные состояния и резонансы в тонких монокристаллических слоях благородных металлов на подложке W(110) // ФТТ. 2002. - Т. 44, № 1. - С. 157-164.

57. Т.-И. Kim, В.-Y. Choi, Y. J. Song et al. Transition between two competing structures in the epitaxial Ag layer on W(110) // Phys. Reu. В. 2003,— Vol. 67,— Pp. 233401-1-233401-4.

58. C. Deisl, E. Bertel, M. Biirgener et al. Epitaxial growth of Ag on W(110) // Phys. Rev. B. 2005. - Vol. 72. - Pp. 155433-1-155433-8.

59. Z. Nishiyma // Sei. Rep. Tohoku Univ. — 1934. — Vol. 23. P. 638.

60. G. Kurdjumov, G. Sachs. Uber den Mechanismus der Stahlhartung // Z. Phys. — 1930. Vol. 64. - P. 325.

61. Y. Gotoh, M. Uwaha, I. Arai. Interpretation of the epitaxial orientation relationship at bcc(110)/fcc(lll) interfaces 11 App. Surf. Sei. 1988. - Vol. 33/34. - Pp. 443-449.

62. O. Hellwig, K. Theis-Brohl, G. Wihelmi, H. Zabel. Growth of fcc(lll) on bcc(110): Influence of growth and annealing temperature on epitaxy and surface morphology for Pd on Cr // Surf. Sei. 1998. - Vol. 410, no. 2. - Pp. 362-367.

63. A. M. Шикин. Взаимодействие фотонов и электронов с твёрдым телом. — Санкт-Петербург: ВВМ, 2008.

64. F. J. Himpsel. Angle-resolved measurements of the photoemission of electrons in the study of solids // Adv. Phys. 1983. — Vol. 32, no. 1. - Pp. 1-51.

65. M. P. Seah, W. A. Dench. Quantitative electron spectroscopy of surfaces: a standard data base for electron inelastic mean free paths in solids // Surf. Interface Anal. — 1979,- Vol. 1, no. 1.- Pp. 2-11.

66. H. Momm, Г. Meccu. Теория атомных столкновений, — Москва: Мир, 1969.76. /. Stöhr, Н. С. Siegmann. Magnetism. From fundamentals to nanoscale dynamics. — Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006.

67. В. И. Петров. Электронная Оже-спектроскопия с разрешением по спину. — Санкт-Петербург: Издательство СПбГПУ, 2007.

68. Р. D. Johnson. Spin-polarized photoemission // Rep. Prog. Phys. — 1997. — Vol. 60. — Pp. 1217-1304.

69. G. C. Burnett, T. J. Monroe, F. B. Dunning. High-efficiency retarding-potential Mott polarization analyzer // Rev. Sei. Instrum. — 1994. — Vol. 65, no. 6. — Pp. 1893-1896.

70. F. Meier, J. H. Dil, J. Osterwalder. Measuring spin polarization vectors in angle-resolved photoemission spectroscopy // New J. Phys.— 2009.— Vol. 11.— Pp. 125008-1-125008-21.

71. A. Varykhalov. Dissertation „Quantum-size effects in the electronic structure of novel self-organized systems with reduced dimensionality". — Potsdam: Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam, 2005.

72. J. T. Yates. Experimental innovations in surface science. — New York: Springer-Verlag, 1998.

73. А. М. Shikin, A. Varykhalov, G. V. Prudnikova et al. Origin of spin-orbit splitting for monolayers of Au and Ag on W(110) and Mo(llO) 11 Phys. Rev. Lett. — 2008. — Vol. 100, no. 5.- Pp. 057601-1-057601-4.

74. A. M. Shikin, 0. Rader. Valence-band splitting in Mg/W(110): Neither spin-orbit nor parity effect // Phys. Rev. B. — 2007. — Vol. 76, no. 7. Pp. 073407-1-073407-4.

75. A. M. Шикин, О. Радер, В. К. Адамчук. ФЭС мониторинг динамики электронных состояний в наноструктурах твердых тел с изменением их размеров // Поверхность. Рентгенсинхротрон, и нейтрон, исслед, — 2005,— Т. 10.— С. 16-23.

76. R. F. Willis, N. Е. Christensen. Secondary-electron-emission spectroscopy of tungsten: angular dependence and phenomenology // Phys. Rev. B. — 1978. — Vol. 18, no. 10. — Pp. 5140-5161.

77. D. A. Papaconstantopoulos. Handbook of the band structure of elemental solids. — New York: Plenum Press, 1986.

78. К. Jeong, R. Н. Gaylord, S. D. Kevan. Relativistic effects on the surface electronic structure of Mo(011) 11 Phys. Rev. B. 1988. - Vol. 38, no. 15. - Pp. 10302-10312.

79. D. M. Bylander, L. Kleinman. Self-consistent relativistic calculation of the energy bands and cohesive energy of W 11 Phys. Rev. B. — 1984. Vol. 29,' no. 4. — Pp. 1534-1539.

80. R. H. Gaylord, S. D. Kevan. Spin-orbit-interaction-induced surface resonance on W(011) // Phys. Rev. B. 1987. - Vol. 36. - Pp. 9337-9340.

81. J. Feydt, A. Elbe, H. Engelhard et al. Photoemission from bulk bands along the surface normal of W(U0) // Phys. Rev. B. 1998. - Vol. 58, no. 20,- Pp. 14 007-14 012.

82. V. Т. Cherepiti, V. М. Floka, V. N. Tomilenko S. V. Man'kovsky, A. A. Ostroukhov. Calculated 2D Fermi surfaces and electronic structure of (100) and (110) W // /. of Electr. Spectr. and Rel. Phen. — 1994. — Vol. 68. — Pp. 105-109.

83. F. Herman, S. Skillman. Atomic structure calculations. — Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1963.

84. L. F. Mattheiss, R. E. Watson. Estimate of the spin-orbit parameter d in metallic tungsten // Phys. Rev. Lett. — 1964. Vol. 13, no. 17. — Pp. 526-527.

85. N. V. Smith, С. T. Chen, M. Weinert. Distance of the image plane from metal surfaces // Phys. Rev. В. 1989,- Vol. 40, no. 11,- Pp. 7565-7573.

86. S. G. Louie, P. Thiry, R. Pinchaux et al. Periodic oscillations of the frequency-dependent photoelectric cross sections of surface states: theory and experiment // Phys. Rev. Lett. 1980,- Vol. 44, no. 8,- Pp. 549—553.

87. J. Kirschner, R. Feder. Spin polarization in double diffraction of low-energy electrons from W(001): experiment and theory // Phys. Rev. Lett. — 1979,— Vol. 42.— Pp. 1008-1011.

88. Takahashi, S. Maekawa. Spin current, spin accumulation and spin Hall effect // Sci. Technol. Adv. Mater. 2008. - Vol. 9. - Pp. 014105-1-014105-11.

89. R. Godfrey, M. Johnson. Spin injection in mesoscopic silver wires: experimental test of resistance mismatch 11 Phys. Rev. Lett. 2006. - Vol. 96. - Pp. 136601-1-136601-4.

90. J. Ku, J. Chang, H. Kim, J. Eom. Effective spin injection in Au film from Permalloy // Appl. Phys. Lett. 2006. - Vol. 88. - Pp. 172510-1-172510-3.

91. L. Aballe, A. Barinov, A. Locatelli et al. Initial stages of heteroepitaxial Mg growth on W(110): early condensation, anisotropic strain, and self-organized patterns 11 Phys. Rev. B. 2007. - Vol. 75. - Pp. 115411-1-115411-9.

92. H. А. Виноградов, Д. E. Марченко, A. M. Шикин и др. Размерные эффекты в ультратонких пленках Mg/W(110): квантовые электронные состояния // ФТТ,— 2009. Т. 51, № 1. - С. 168—177.

93. A. M. Shikiri, A. Varykhalov, G. V. Prudtiikova et al. Photoemission from stepped W(110): initial or final state effect? 11 Phys. Rev. Lett. — 2004.- Vol. 93, no. 14. — Pp. 146802-1-146802-4.

94. L. Aballe, C. Rogero, K. Horn. Quantum-size effects in ultrathin Mg films: electronic structure and collective excitations // Surf. Sei. — 2002. — Vol. 518. — Pp. 141—154.

95. L. Aballe, C. Rogero, K. Horn. Quantum size effects in ultrathin epitaxial Mg films on Si(lll) // Phys. Rev. B. 2002. - Vol. 65. - Pp. 125319-1-125319-8.

96. S. Heinze, S. Bliigel, R. Pascal et al. Prediction of bias-voltage-dependent corrugation reversal for STM images of bcc (110) surfaces: W(U0), Ta(UO), and Fe(llO) // Phys. Rev. B. 1998. - Vol. 58, no. 24. - Pp. 16432—16445.

97. N. Binggeli, M. Altarelli. Quantum-size effects in ultrathin Mg films JI Phys. Rev. B. 2008. - Vol. 78. - Pp. 035438-1-035438-8.

98. L. Aballe, C. Rogero, S. Gokhale et al. Quantum-well states in ultrathin aluminium films on Si(lll) // Surf. Sei. 2001. - Vol. 482-485. - Pp. 488-494.

99. A. Mugarza, A. Marini, T. Strasser et al. Accurate band mapping via photoemission from thin films // Phys. Rev. B. 2004. - Vol. 69. - Pp. 115422-1-115422-4.

100. G. V. Hansson, S. A. Flodström. Photoemission from surface states and surface resonances on the (100),(110), and (111) crystal faces of aluminum // Phys. Rev. B.— 1978. Vol. 18, no. 4. - Pp. 1562—1571.

101. S. D. Kevan, N. G. Stoffel, N. V. Smith. High-resolution angle-resolved photoemission studies of the surface states on Al(lll) and Al(OOl) 11 Phys. Rev. B. — 1985. — Vol. 31, no. 4,- Pp. 1788—1795.

102. A. Hitzke, J. Gänster, J. Kolaczkiewicz, V. Kempter. The interaction of Al and 0 atoms on W(110) studied with metastable impact electron spectroscopy (MIES) and UPS // Surf. Sci. 1994. - Vol. 318. - Pp. 139-150.

103. T.-C. Chiang. Surface and bulk photoemission: some old problems and new findings // Ch. J. Phys. 1997. - Vol. 35, no. 4. - Pp. 496-508.

104. A. Kimura, E. E. Krasovskii, R. Nishimura et al. Strong Rashba-type spin-polarization of photocurrent from bulk continuum states: experiment and theory on Bi(lll) // to be published. — 2010.

105. E. Simon, A. Szilva, B. Ujfalussy et al. Anisotropic Rashba splitting of surface states from the admixture of bulk states: relativistic ab initio calculations and k-p perturbation theory // Phys. Rev. B. 2010. - Vol. 81. - Pp. 235438-1-235438-5.

106. R. M. Martin. Electronic structure: basic theory and practical methods. — Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2004.

107. G. Bihlmayer, Yu. M. Koroteev, P. M. Echenique et al. The Rashba-effect at metallic surfaces // Surf. Sci. 2006. - Vol. 600. - Pp. 3888-3891.

108. O. Krupin, G. Bihlmayer, K. Starke et al. Rashba effect at magnetic metal surfaces // Phys. Rev. B. 2005. - Vol. 71. - Pp. 201403-1 (R)-201403-4(R).

109. O. Krupin. Dissertation „Dichroism and Rashba effect at magnetic crystal surfaces of rare-earth metals". — Berlin: Fachbereich Physik Freie Universität, 2004.

110. A. G. Rybkin, E. E. Krassovskii, D. E. Marchenko, A. Varykhalov, O. Rader, A. iVi. Shikin. Spin-polarization of surface resonances on W(110) and its influence on effects of induced spin-orbit interaction // to be published. — 2010.

111. D. Marchenko, A. Varykhalov, M. R. Scholz, E. I. Rashba, G. Bihlmayer, A. Rybkin, A. M. Shikiti, O. Rader. Giant Rashba splitting, band topology and hybridization at the graphene-Au interface 11 to be published. — 2010.

112. C. L. Kane, E. J. Mele. Quantum spin Hall effect in graphene // Phys. Rev. Lett. — 2005. Vol. 95, no. 22. - Pp. 226801-1-226801-4.