Исследование спин-зависимых свободных электронных состояний твердых тел методом спектроскопии поляризованных электронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

од

На прапах рукописи

(ТЛИЖОИ ГОН (>Р1ГЙ Литольевич

ИССЛ101ОПАНИК С1ТИН-ЗАВИСИМЫХ СВОБОДНЫХ ЭЛЕК1 ТОМНЫХ СОСТОЯНИЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

Специальность 01.04.07 - фишка твердого тела

Автореферат

диссертации пя аяккамис ученой степени каидлшла физико-математических наук

Санкг-Паербург -1995

Работа выполнена в Санкт-1 IcrepSypi ском Государственном Техническом Университете'

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Ю.Л.Мамаев

кандидат физико-математических наук, доцент В.Н.Негров

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор А.Я .'Гонтег оде

кандидат физико-математических наук, с.н.с. С.Н.Самарин

Ведущая организация: Российский Государственный * Педагогический Университет

им. А.И.Герцена

JO

Защита состоится" //■ Oiá .1995 г. в 1 часов на заседании диссертационного совета К 063.38.13 в Санкт-Петербургском Государственном Техническом Университете по адресу: 195251, Санкт-11етер-бург, ул.Политехническая, 29, И корпус, ауд.265.

С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке Университета.

Автореферат разослан" Н " 1995 г.

Учений секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, профессор Ю.Ф.Титсвец

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью развития новых методов в физике твердого тела, основанных на использовании пучков поляризованньг: по спину электронов.

Интерес к исследованиям взаимодействия электронов с твердым телом определяется гем, что результаты подобных работ позволяют получат! сведения о физических процессах, протекающих в его приповерхностной области. Такая информация необходима для решения многочисленных фундаментальных задач физики твердого тела и электронной техники и важных вопросов, лежащих в основе современного аналитического приборостроения и разнообразных технологических процессов. Широкое применение различных Методов спектроскопии, которые позволяют получать информацию об электронной структуре твердых тел, о физико-химических свойствах поверхности на атомном уровне, требует развития физических представлений о механизмах взаимодействия электронов с твердым телом. Исследованиями последних лет установлено, что учет спинового состояния ггзн взаимодействии электронов с твердым телом может дать дополнительи ю информацию о механизмах рассеяния, характеристиках потенциально о барьера на границе твердое тело-вакуум, физико-химических свойствах поверхности.

Целью работы является анализ процессов взаимодействия поляризованных электронов низких энергий с поверхностью твердых тел, а также разработка метода исследования спин-расщепленных свободных электронных состояний, основанного на спектроскопии поляризованных электронов (СПЭ). В связи с этим, в данной работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать процессы рассеяния поляризованных электронов па поверхности металлов и полупроводников при низких энергиях первичного пучка и различных углах падения.

2. Выяснить природу особенностей на экспериментальных спектрах асимметрии рассеяния и их связь с поверхностными или объемными электронными состояниями.

3. Методом СПЭ исследовать дисперсию поверхностных состояний, обусловленных потенциальным барьером на границе твердое тело-вакуум.

4. Разработать модель, описывающую спиновую зависимость процессов рассеяния поляризованных электронов при взаимодействии их с поверхностью твердого тела, обусловленную спиновым расщеплением плотности свободных электронных состояний ниже уровня вакуума.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые: - экспериментально получены спектры асимметрии рассеяния ноляртопанмьтх электронов низких энергии на поверхности сульфида свинип ГЬЗ (100).

I lona ¡ano, чго особенности в спектрах при otiepi luí первичного пучка Hp м 2 эВ обусловлены наличием спинового расщепления илотноетн свободных состояний ннл-j уровни вакуума. На основании них данных предложена качественная модель еппн-завщимого рассеяния нпзкоэпергетнчных эле.тронов ¡ipil наличии сшш-раацеплелных уровнен л незаполненной зоне.

- методом С11Э обнаружены поверхностные состояния PbS, обусловленные потенциальным барьером на границе кристалл-вакуум. Показано, что особенности экспериметальньк спектров при II,, » 3.5 з 13 обусловлены захватом электронов в такие состояния перед порогом появления ( 1 0) и ( 1 0) дифракционных рефлексов.

- -исследована дисперсия поверхностных состояний вбииш порога ( 0 1) дифракционного рефлекса дня новерхносш W (100) в диапазоне малых углов падения 0 = 0о+20о.

Практическое значение работы.

1. Результаты исследования ьезаполнепиих электронных состояний имеют важное значение ;ры получения полной картины энергетических зон кристаллических тиер;(ых гел. Использование поляризованных электронов позволяет получать качественно новую информацию, в частности, о спиновом расщеплении уровней незаполненной зоны ниже уровня вакуума.

2. Данные по исследованию дисперсии поверхностных электронных состояний, обусловленных потенциальным барьером, могут быть использованы дня количественного расчета высоты, формы н протяженности потенциального барьера на границе inej дое i ело-вакуум.

OciiüHíii.u: понижении, выносимые па защиту.

1. 'Экспернметальнын метод исследования спнн-растенленных незаполненных электронных состоянии твердых тел ниже уровня вакуума.

2. Методика расчета проекции энергетических зон кристалла, лежащих в зеркальных плоскостях, на поверхностную обратную решетку вдоль напранлений симметрии поверхностной зоны Ернллюэна (IПБ). Зависимость зиерпш элекц ,>нных сосгошш ни поверхности PbS (.100) от величины кц -компоненты волнового вектора электрона, параллельной поверхности кристалла в зеркальной плоскости (010).

3. Резулыаш ' экспериментальною исследования взаимодейепшя поляризованных элешронов низких энершн с поверхностями W (100) и PbS(IOO). •

4. Экспериментальные данные о дисперсии поверхпосшых состояний, обусловленных потенциальным барьером па границе кристалл-вакуум для W (100) и VbSl 100) вблизи порогов появления дифракционных рефлексов.

5. Метшим 'литопон заткпмпсти процесса рассеяния, обусловленной сшш-ряпп шпыымн сноб* \нымц состояниями твердою шт. Энгр! еипескпе

положение спинового расщепления плотносгн свободных состояний ниже уровня вакуума для кристалла РЬЗ. вызванное пшп-орбигалт.ннм взаимодействием.

Апробация результатов работы.

Основные результаты диссср! анионной работы докладывались и обсуждались на 16 Межвузовской конференции молодых ученых "Химия и физика твердого тела" ( Ленинград, 1989), Всесоюзной конфп^ениин "Повсрхность-89'' (Черноголовка, 1989), VII Симпозиуме по вторичной •электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1990), XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990), XI Всесоюзной конференции по физике электронных и атомных столкновений (Чебоксары, 1991), 13 Европейской конференции по физике поверхности (Великобритания, Уорвик, 1993), I Российской конференции по физике полупроводников (П.Новгород, 1993).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура диессртпцич. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и гпггга цитируемой литературы. Пошили объем диссертации составляет КМ страницы, включая 38 рисунков и список литературы из 72 нянмеиочаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, обсуждены новизна, научная и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, пыиосимьте па защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В первом иарчтряфе дается определение зависящих от спина величин, па использовании которых основаны методы спектроскопии поляризованных электронов. Спиновая иоччрнзяция Р ансамбля электронов, описываемого с помощью стагипичепт " опгртпрл р -матрицы плотности, есть:

Р ~ 8р ¡ргт)/5р(р} (1).

где компонентами спинового оператора <т далт'Игч чГ" спшю'"(? матрицы Паули. Степень поляризации электронно) т ->кя ш«"".- и'мг'П'п.ччо вы^рашвчо направления равна

i' — (Ы1 — N1)/ (Ы1 + NJ)

(2),

t i

где N (N ) - числа электронов со шшшш, направленными пи (против) оси кв: ттовашш. При рассеянии первнмиио пучка с ногшршацнен l'o возникает aci ..шетрин

Л - 1/1>и(Г - i )/(!' i Г) (3),

где 1 i (Г) - ншенсивноеш вторичных пучков, рассеянных на симметричные углы G и -t). Спиновая зависимость процессов рассеяния электронов от твердых тел обусловлена влиянием епшгорбптальпеи о и обыеппото (для магнитных тел) взаимодействий.

lio втором параграфе на качественном уровне рассмотрены основные положения современной теории элешрошкй структуры поверхности твердых тел Показано,. что на поверхности кристалла возможно образование .связанных состоянии, вызванных как нарушением трансляционной симметрии, тат н аруктуроп оборванные химических связей. Кроме итого, проведен гнали< поверхностных сооояннй, индуцированных потенциалом изображения. H 'лих состояниях электрон оказывает! локалиюванным па некоторое время у повермшеш icpnciajiJia. Такие состояния moi ут возникать вблизи оперт ешчеекпч порогов появления новых дифракционных рефлексов. Интерференция электронных води в дифра!ированном пучке с учетом поверхноошых состояний указанного типа может приводить к тонкой структуре в спектрах интенсивности отражения. Измерение асимметрии рассеяния пучков поляризованных электронов, обусловленной енпп-орбигальпым взаимодействием с атомами внешнего слоя кристалла, позволяет получать существенно болишую информацию (по сравнению с обычной дифракцией медленных элекгрош ! (ДМЭ)) о форме и параметрах потенциального барьера па т ранпце твердое тело ваку ум.

В обзоре {ассмотрены основные экспериментальные и теоретические результаты п исследованию поверхностных состояний, индуцированных потенциальным барьером, меюдом дифракции медленных поляризованных электронов.

В третьем параграфе обсуждаются основные положения и экспериментальные результаты исследования свободных электронных состояний твердых гел методом инверсной фотоэмнссип (ИФ) с разрешением по спину. Отмечено, что ИФ метод, по сравнению с традиционной фотоэмиссионной спектроскопией, позволяет исследовать незаполненные состояния в диапазоне энергии от уровня Ферми до уровня вакуума. Однако, применение этого метода осложнено крайне малой эффективностью (1 фотон на Ю8 э: ектр.чюв в полис t телесном угле).

В заключении первой главы сформулированы основные положения

предпат аемого метода (альтернативного ИФ) исследования сипи-растепленных незаполненных электронных состоянии твердых тел. При энергии первичного пучка Ер < 10 эВ, т.е. ниже порогов, связанных с возбуждением плазмонов, основным механизмом, наряду с упругим отражением, является электрон-элеюройное рассеяние с возбуждением внутри-u межзонных переходов. При этом как медленный первичный, так и возбужденный из заполненной зоны электроны, могу г переходить п свободные состояния ниже уровня вакуума. Идея предлагаемого метода состоит в измерении асимметрии рассеяния (3), которая может возникать при наличии спинового расщепления свободных состояний и при использовании первичног о пупса поляризованных электронов.

Обоснован выбор объектов исследования, используемых в цикле экспериментов. Для изучения дисперсии поверхностных состояний, обусловленных потенциальным барьером, - W(100) - металл с высоким атомным номером и, следовательно, большим потенциалом спин-орбитального взаимодействия. Для исследования свободных состояний - сульфид свинца PbS (100) - полупроводник, - имеющий, согласно теоретическим расчетам одноэлектронной плотности состояний, спнп-орбнталыюе расщепление в L-гочке зоны Бриллюэна (в зоне проводимости ниже уровня вакуума).

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки и расчетных методик, негкшьзуемьгк в диссертационной работе.

ß первом параграфе описывается сверхвысоковакуумная установка М-24, оснащенная источником поляризованных электронов (ИГ1Э). Работа ИПЭ основана на фотоэмнссии поляризованных электронов из полупроводниковых структур типа А3135. Вакуумная часть установки состоит из двух соединенных вместе камер с суммарным полезным объемом около 40 л. В одной из камер (I) иод действием цнркулярно-поляризованного света создается пучок ¡юляризованных электронов. Модуляция направления вектора поляризации »лектронов осуществляется посредством инверсии знака циркулярной поляризаций света. Вторая камера (II) используется непосредственно для анализа эффектов, возникающих при взаимодействии поляризованных шектронов с поверхностью твердых тел, В камере I осуществляется вся предварительная обработка фотокатодов, применяемых в эксперименте. Камеры соединяются коленчатым патрубком, внутри которого размещена электронная оптика, позволяющая транспортировать полчрнзовянные электроны, при этом поляризация лучка становится поперечной.

Откачка установки безмасляная, конечным элементом которой "Рдяются цва гелиевых насоса с быстротой действия не менее 900 литров в гекупду. ZJanneime остаточных газов в рабочих условиях - не выше 5-Ю11 тог р.

В камере II расположен кразнсфернческин четырех сеточный очр'чг'ятоо. Помимо изучения процессор рясссяшш г'О'гчрпчоппггппг тк-тп">!Г'ч. >гя

PbS

Рисунок 1. Схема рассеяния. 1'0 •• аекмир поляризации первичного пучка электронов; к и к' - волновые векторы падающего и рассеянного пучка соответственно; д и 0' - углы падения и выхода электронов относительно нормали к поверхности кристаиа; n=kxk'/¡k>.k'¡ - нормапь к плоскости рассеяний.

система позволяет исследовать поверхность твердых тел и традиционными меюдами, такими как ДМЭ и электронная Оже-спектроскощм.

Схема рассеянии представлена на рисунке 1. Пучок электронов с поперечной поляризацией рассеивается на образце, укрепленном на манипуляторе. Электроны, отраженные от поверхпосш образца, peí нстрируются с помощью канальног о злектронииго умножителя (КЭУ), угол рассеяния составляет 154°. (Дисперсия асимметрии при рассеянии поляризованного первичного пучка связана с yi лом входа электронов 0).

Экспериментально определялась асимметрия, возникающая в результате рассеяния на фиксированный угол при изменении направления поляризации на противоположную. Величина поляризации в эксперименте составляет Р0 = (35 ± 2)%. Поскольку в качестве источника электронов используется фот ока год GaAs, монохроматичность пучка не хуже 0.15 эВ.

Во втором параграфе данной главы описана методика очистки и получения аюмно чистых поверхностей исследуемых образцов.

-б-

В третьем параграфе описана методика определения контактной разноси! потенциалов, учет которой важен при нпзгих энергиях первичных электронов.

В четвертом параграфе рассмотрены приннниы построения прямой и обратной двумерных решеток и диаграммы Е(кц), где Е - энергия электронных состоянии кристалла с поверхностью, Кц - параллельная поверхности составляющая волнового вектора. Предложена методика расчета проекции объемных электронных состояний твердого тела на поверхностную обратную решетку вдоль симметричных направлений поверхностной зоны Бриллюэна (ПЗБ) на основе известных объемных .глснерсионных соотношении Е(к). Для проверки предложенной методики построены диаграммы Щку) для зеркальных плоскостей N4 (100). Сравнение диаграммы с имеющимися п литературе данными показывает хорошее совпадение. Полученная методика была применена для построения диаграммы Е(кц) для зеркальной плоскости (010) кристалла РЬ;>.

В пятом параграфе рассмотрена схема возникновения новых (помимо зеркального) дифракционных рефлексов при рассеянии низкоэнергетичных электронов на поверхности кристалла. Приведены формулы для расчета порогов появления дифракционных рефлексов малых индексов от поверхностей (100) ОЦК п ГЦ1С решеток.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты, полученные в диссертационной работе и проведено их обсужение.

Первый параграф посвящен исследованию поверхностных состояний, , обусловленных потенциальным барьером на границе кристалл-вакуум, для грани \У(100). Представлены спектры интенсивности и асимметрии ряссеяшш в диапазоне энергий первичного поляризованного пучка 0 + 10' эВ. Плоскост.-ю рассеяния является зеркальная плоскость (010) кристалла. Угол падения 0 изменяется от 0° до 20°. Наблюдается небольшой провал в спектре интенсивности отраженных электронов при энергии первичного пучка Ер и 6 эВ. Спектр асимметрии характеризуется более сложной структурой с чередованием узких экстремумов противоположного знака, причем величина асимметрии досгпггает значения « 40% при Ер = 5.8 эВ и угле падения 0 -13°. Такой характер наблюдаемых спектров объясняется захватом отраженных электронов в квазнстационарные поверхностные состояния вблизи порога появления дифракционного рефлекса.

На рисунке 2 представлены экспериментальные данные по дисперсии т аких поверхностных состояний (точки) на диаграмме Е(кц) для зеркальной плоскости (010) вольфрама. Две сплошные кривые I и II - имеющиеся ь литературе данные других авторов по исследованию поверхности № (100) методом дифракции медленных поляризованных электронов. Обе ветви обусловлены непрямыми. процессами дифракции с участием поверхностных кпазнстапионврпмх

Рисунок 2. 'Jncpjuhui-wcKoc но tmiccittii! <>< оое/имстеи ь спектрах отраженныл от поверхности U'(lüO) хчгшро,шн Гецлынати ьрииеОены к иаралчелышй ичнишпющей сошологи <л.-клира kg чдо.и напраачения /010/. Энергии особенностей (точи! - наши данные, ш.юыные пинии 1 и П - данные других авторов); занреи/епнан юна (нааштрихосанная область) и порог понвмшя (0 /) рефлекса (шшрчлоаая пиния) предста&яепи е зависимости от öespaiMepuoM параметра Кца/я , еде и - настоянная поверхностной ре/летки И (100) (3.16 f). (¡течет энергии еедется от уровни вакуума.

сосюшшН пере.Н порот ом появления ( 0 1) рефлекса ( штриховая липни ). Вилно, что наши экспериментальные резул! гагы, частично перекрываясь с данными друт и\ авторов, определяют дисперсию предпироговых nom-pxuoctnux состоянии при малых углах падения.

Следующие три параграфа поешицепы результатам комплексною истедояапня поверхности (100) полупроводника PbS. Во втором параграфе в мшемятчеп'ом приближении проведен апаши измеренных спектров 1НПГН1-ПШКН.Ч! зеркального рефлекса при оперши падающего пучка до 100 эВ. 1 )ро1ппсдгмг\ оц/ iura величины пмутремнег о гютпшала кристалла PbS : Vo ~ (НИ) J- 2.5) •>]), Mi" совпадает с результата! доугн* авюров. Показано, чго м.'жнитсогикн- р.ю.тояпне вблизи поверхности (100) ц пределах шлргшпопи п? пптчтчет о 1 рГн.ечпо! о значения,

Интерпретация экспериментальных спектров значительно усложняется при энергиях падающего пучка, превышающих порош возбуждения плазменных колебаний. Поэт ому были рассчитаны теоретически и определены экспериментально энергии первою поверхностного и объемного плазмонов дня кристалла РЬЭ. ( Измерение спектров характеристических потерь проводилось на установи для поверхностною анализа Ы1-10 в ФТИ им.Л.Ф.Иоффе). Показано, что пороги возбуждении коллективных колебаний лежат выше энергии Ер и 10 эВ. Обсуждение этих результатов проводится в третьем параграфе.

Четвертый параграф этой главы посвящен обсуждению

экспериментальных результатов асимметрии рассеяния пучка поляризованных электронов на поверхности РЬ8 (100) в диапазоне энергий Ер = (0 4- 10) эВ для различных углов падения 0. Типичный экспериментальный спектр асимметрии представлен на рисунке За. Наблюдаются две ярко выраженные особенности, отмеченные стрелками 13 и .8. Они отождествлены, соответственно, с объемными и поверхностными электречными состояниями. Такой вывод сделан на основе температурных измерений асимметрии. При нарушении структуры поверхности особенность 8 исчезла, в то время как форма и абсолютное значение асимметрии особенности В практически не изменилось (рнс.Зб).

Па рисунке 4 показано энергетическое положение В и Б особенностей (темные и светлые кружки) на диаграмме Е(кц) в зеркальной плоскости (ОЮ)кристалла РЬ;>..(Диаграмма построена согласно методике, обсуждавшейся в главе 2). Отсу тствие дисперсии Я-особенности связано "с тем, что пороги возникновения ( 1 0) и ( I 0) рефлексов, вблизи которых, по-видимому, происходит захват захват электронов в поверхностные состояния, не зависят от У1ла падения при рассеянии в азимутальной плоскости (010). Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты, в которых плоскость рассеяния не являлась плоскостью зеркальной симметрии. Измерялась асимметрия рассеяния для азимутальных углов ф в диапазоне 0° 4- 45° при постоянном значении полярного угла 0 = 26° (вращение происходит вокруг нормали к поверхности образца). Как и в предыдущем случае, энергетическое положение и абсолютное значение асимметрии В- особенности при этом не изменялось. 3 - особенность в спектрах асимметрии наблюдается в диапазоне углов ф = 0°-*25°. Ее дисперсия составляет лЕ5(ф) = (0.50±0.05) эв и, как видно из рисунка 5, коррелирует с энергетическим положении порога появления ( 1 0) рефлекса. Анализ полученных результатов подтверждает выдвинутое предположение о тон, что особенность спектров асимметрии определяется поверхнопнымп элепр"чиыми состояниями,обусловленными потенциальным барьером, перед порот см появления дифракционных рефлексов.

Рисунок 3. а) экспериментальная асимметрия как функция кинетической энергии первичных поляризованных электронов для чистой переконструированной поверхности РЬ8(100). Угол падения в = 24". Особенность В (два левых пика) обусловлена рассеянием поляризованных электронов в незаполненные спин-расщепленные состояния. Особенность 5 (два правых пика) связана с рассеянием электронов поверхностные состояния.

б) то же для поверхности, нарушенной в результате сильного прогрева.

в) данные расчета асимметрии (в относительных единицах) согласно предлагаемой нами модели.

Рисунок 4. Экспериментальные особенности в спектрах асимметрии рассеяния в зерка п.ной (010) плоскости кристалла РЬЯ . Темные и светлые кружки -энергетическое положение В и 5 особенностей, соответственно. Остальные обозначении - такие же, как па рисунке 2; а - постоянная решетки РЬБ (5.94 А). Отсчет энергии ведется от вершины валентной зоны.

^ 8

<

О О)

• I .

'-(ГТ)---

_I_

о /О 2а ЗО

Рисунок 5. Энергетическое пололсение 5 - особенности (точки), связанной с рассеянием первичных электронов в поверхностные состояния кристалла РЬЬ'(100), в зависимости от азимутального угла ф . Угол падения в = 26°. Указаны пороги появления (штриховые линии) дифракционных рефлексов низших 'индексов. Отсчет энергии - от вершины валентной зоны.

В четвертой главе рассматриваются механизмы упругого и неупругого электрон-электронного рассеяния поляризованных электронов низких энергий при наличии снин-расшепленных уровней в незаполненной зоне кристалла ниже уровня вакуума. Вероятность процесса, при котором и медленный первичный, н возбужденный из заполненной зоны электроны в результате неупругого рассеяния занимают состояния в свободной зоне

Е-Д О

\У(Е) = I М| 2-1ыс(Е - е) -1Ыс(Ео + е> Ну(Е0)- с1Е„ -с1с (4),

Д ' -Б+Д

где Ы, и Ис - плотности электронных состояний в валентной зоне и зоне проводимости; Е, Ео, в, А - энергия первичного электрона, начальная энергия электрона в валентной зоне, потеря энергии и ширина запрещенной зоны,

соответственно; M - матричный элемент перехода. (Энергия отсчитьгаается от вершины валентной зоны). Предложена качественная модель, описызающая возникновение наблюдаемой асимметрии рассеяния поляризованных электронов. Показано, что асимметрия должна определяться выражением

А ~ !/(2[*)ч1Р/(1г. -дЕ (5) ,

где I* - интенсивность вторичных электронов (упругих и неупругих), зарегистрированных детектором, дЕ - величина спинового расщепления

уровней в незаполненной зоне кристалла, F(s) = J Nc -Nv -dEo - внутренний интеграл в формуле (4). Он определяет вероятность переходов между валентной зоной и зоной проводимости при передаче энергии в. В рассматриваемом случае потеря энергии е есть разность между энергией первичного электрона и энергией одного из расщепленных уровней в незаполненной зоне. Видно, что наличие асимметрии связано с существованием сшш-расщепленных состояний, а вид ci стара А(Е) определяется зонной структурой кристалла. Расчет асимметрии по формуле (5) (в относительных единицах) на основе литературных данных об интегральной одноэлектронной плотности состояний для PbS и экспериментально измеренной интенсивности I* показан на рисунке Зв. Сравнение экспериментальной и теоретической кривых показывает, что асимметрия рассеяния поляризованных электронов при Ер »> 2 эВ обусловлена спиновым расщеплением уровня, лежащего приблизительно на 2 эВ выше вершины валентной зоны. '>

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, полученные в диссертации:

1. Предложен экспериментальный метод исследования спнн-расщегшснных незаполненных электронных состояний твердых тел.

2. Предложена методика расчета проекции объемных электронных состояний па поверхностную обратную решетку вдоль направлений симметрии ПЗБ. Получена зависимость энергии электронных состояний на поверхности PbS(IOO) от величины кц - компоненты волнового вектора электрона, параллельной поверхности кристалла в зеркальной плоскости (010).

3. Исследована асимметрия рассеяния поляризованных электронов низких энергий (ЕР = (0 + 10) эВ) на поверхности PbS (100). Наблюдаемые экспериментальные особенности при Ер « 2 эВ связаны с наличием спинового расщепления уровней в незаполненной зоне кристалла. Особенности при Ер « 3.5 эВ связаны с захватом электронов в поверхностные состояния вблизи порога появлеш; i ( 1 0) и ( 1 0) дифракционных рефлексов. Измерена дисперсия таких состояний при различных углах падения.

4. Экспериментально исследована дисперсия поверхностных состояний кристалла АУ(100) вблизи порога появления (О Т) рефлекса в диапазоне малых углов падения 0 = 0° -н 20°.

5. Предложена качественная модель, описывающая рассеяние прляризованных электронов на поверхности твердых тел при учете спинового расщепления плотности свободных электронных состояний в кристалле ниже уровня вакуума.

Материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Спектроскопия поляризованных электронов (тезисы доклада). Ю.А.Мамаев, В.Н.Петров, Ю.П.Яшин, С.А.Старовойтов.

16 Межвузовская конференция молодых ученых "Химия и физика твердого тела". Ленинград, 1989. Сб. тезисов, с.4-5.

2. Асимметрия спин-орбиталъного и обменного взаимодействия (тезисы доклада).

Ю.А.Мамаев, В.Н.Петров, С.А.Старовойтов.

Всесоюзная конференция "Поверхностъ-89". Черноголовка, 1989.

Сб. тезисов, 28.

3. Резонансное рассеяние поляризованных электронов на поверхности вольфрама (тезисы доклада).

Ю.А.Мамаев, В.Н.Петров, С.А.Старовойтов, В.В.Дубов. там же, с.29

4. Асимметрия резонансного рассеяния электронов (тезисы доклада ).

" В.Н.Петров, В.В.Дубов, Ю.А.Мамаев, С.А.Старовойтов, М.С.Гапактиопов. VII Симпозиум по вторичной электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела. Ташкент, 1990. Сб.тезисов, с.79.

5. Спиновая чувствительность поверхности РЬ8(100) (тезисы докчада). М.С.Галактионов, А.Н.Мишин, Ю.А.Мамаев, В.И.Петров, С.А.Старовойтов, В.Н.Яковлев.

XXI Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике. Ленинград. 1990. Сб.тезисов, т.2. с.117.

6. Неупругое рассеяние поляризованных электронов (статья). В.¡¡.Петров,Ю.А.Мамаев, С.А.Старовойтов. Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1990, т.10, с. 46-51.

7. Спектроскопия поляризованных элеюпронов (статья).

Ю.А.Мамаев, А.Н.Мишин, В.Н.Петров,С. А.Старовойтов,М.С.Гапаитюнов. В.Н.Яковлев, Ю.П.Яшин.

Физика патронных и атомных столкновений. С.-П., 1991, с. 40-49.

S. Резонансное рассеяние электронов на поверхностних атомах твердотельной мишени (тезисы доклада).

В.Н.Петров, Ю.Л.Мамаев, С.А.Старовойтов, М.С.Галактионов. XI Всесоюзная конференция по физике электронных и атомных столкновений. Чебоксары, 1991. Сб.тезисов, с. 184. 9. The study с/unoccupied spin-splitting states ofPbS (тезисы доклада). V.N.Petrov, S.A.Starovoitov, M.S.Galaktionov, B.V.Yushenkov. Ecoss 13. Warwic, 1993. (13th European Conference on Surface Science) ). Ю.Нсследованне спин-орбитального расщепления незаполненных состояний в сульфиде свинца (тезисы доклада). В.Н.Петров, С.А.Старовойтов, М.С.Галактионов, Б.В.Юшенков. I Российская конференция по физике полупроводников. Н.Новгород, 1993. Сб.тезисов, с. 106. I}.Спектроскопия спин-расщепленных свободных состояний в сульфиде свинца (статья).

В.Н.Петров, С.А.Старовойтов, М.С.Галактионов, К И.Юшенков. ■ flieennnt РАН. Сер.фитческая. 1994. m.58,Ns 10, с.11-15.