Бакалаврская квалификационная работа

Слайд #1

Министерство образования Российской Федерации Южный Федеральный университет Физический факультет Кафедра физики твердого тела Бакалаврская квалификационная работа «Электронное строение монокристаллического GdMn2O5 по данным рентгеноэлектронных спектров». Выполнила: студентка 4к 1гр Островерхова М.А Ростов-на-Дону 2010 г.

Слайд #2

Теоретические основы метода РФЭС Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия основана на измерении кинетической энергии фотоэлектронов, выбитых с различных энергетических уровней атомов, при облучении вещества потоком низкоэнергетического рентгеновского излучения. Принципиальная схема метода и экспериментальной установки приведена на рисунке. Ниже рассмотрим экспериментальную установку для анализа поверхности твердых тел на примере фотоэлектронного микрозонда ESCALAB 250.

Слайд #3

Фотоэлектронный микрозонд ESCALAB 250. На рисунке цифрами показаны основные части прибора, где: 1- энергоанализатор, 2- аналитическая камера, 3-система монохроматора, 4-обычная рентгеновская трубка с двойным анодом (AlKα/MgKα), 5- детектор вторичных электронов, 6 - источник ультрафиолетового излучения, 7- электронная пушка FEG1000 c ионным насосом, 8 - CCD камера для оптического наблюдения за образцами, 9 - пятиосный манипулятор, 10-камера подготовки образца, 11- механизм передачи образца из камеры подготовки в аналитическую камеру, 12 - система для скола образца в вакууме, 13 - ионная пушка EX05, 14 – стол, внутри которого расположены турбомолекулярные, титановый сублимационный насосы и система разводки воды, 15 - электронная стойка управления прибора, 16 - форвакуумные насосы "Edwards".

Слайд #4

ESCALAB 250 состоит из двух камер: камеры подготовки образца и камеры анализатора. Разложение электронного потока в спектр осуществляется при помощи полусферического энергоанализатора. Сверхвысокий вакуум в системе достигается трехступенчатой системой откачки. Камера подготовки образца оснащена ионной пушкой для "грубой" очистки поверхности образцов до начала измерений. В качестве ионов нейтрального газа для бомбардировки поверхности используется Ar. Монохроматический источник рентгеновского излучения состоит из двух главный компонент: 1)Источник рентгеновского излучения 2)Кристалл - монохроматор В качестве источника для получения характеристического излучения в системе монохроматора используется электростатическая электронная пушка.

Слайд #5

Кристаллическое строение и свойства соединения GdMn2О5. На рисунках изображена структура монокристалла GdMn2O5: зеленые, красные и голубые сферы соответствуют ионам Mn4+,Mn3+,Gd3+ соответственно. А черные линии –кристаллографии одной ячейки. Восемь ионов Mn в GdMn2O5 занимают два разных места в химический ячейке. Одно место в октоэдрической координации занято Mn4+ ионами, а другое в пирамидальной - занято Mn3+ ионами. В соединение Mn4+ O6 октаэдре расположены вдоль оси c, имеют общие ребра и формируют цепь(верхний рисунок). Октаэдры Mn4+O6 имеют общие углы в соединении Mn3+O5 тригональными бипирамидами и формируют зигзагообразную цепь в ab плоскости(нижний).

Слайд #6

Влияние способа обработки поверхности образца GdMn2O5 на форму фотоэлектронных спектров внутренних уровней Gd4d. Соединения с общей формулой RMn2O5 (R=Gd) относят к соединениям, которые принято называть мультиферроиками. Такие материалы обладают потенциальной возможностью связывать электрическую и магнитную поляризации, что открывает широкие возможности их применения в приборах, использующих либо их магнитные и сегнетоэлектрические свойства по отдельности, либо их комбинацию. Форма рентгеноэлектронных спектров исследовалась с помощью рентгеновского фотоэлектронного микрозонда ESCALAB 250. Возбуждение рентгеноэлектронных спектров осуществлялось с помощью монохроматизированного излучения AlKa - линии. Абсолютный разрешимый интервал энергий состовлял 0.5 эВ, который определялся по Ag3d5/2 рентгеноэлектронной линии. Диаметр рентгеновского пятна на образце составлял 500мкм, и был достаточен для исследования полученных образцов. Для снятия положительной зарядки на образце использовалась такие методы нейтрализации поверхности образца как облучение образца потоком медленных электронов с энергией 2эВ и, в особо тяжелых случаях, потоком медленных ионов аргона(до 90эВ) из ионной пушки. Перед введением в камеру подготовки образца поверхность образца обрабатывалась тремя различными методами: ионное травление, скрайбирование на воздухе и скрайбирование в высоком вакууме.

Слайд #7

Контроль чистоты степени обработки осуществлялся по О1s линиям кислорода. На рисунке приведены спектры O1s уровня полученные 3 разными способами подготовки образца : 1-ионное травление , 2- скрайбирование на воздухе, 3- скрайбирование в вакууме. На всех спектрах мы наблюдается два максимума : главный максимум, обозначенный А, и плечо В, соответствующее кислороду гидроксильной группы или воды. Видно что наименьшее плечо получено в 3 случае, этому же максимально соответствует стехиометрический состав поверхности.

Слайд #8

1-Бомбардировка ионами аргона 0,5 Кв, 0,5 µА 2-Скрайбирование на воздухе 3-Скрайбирование в вакууме Форма фотоэлектронных спектров внутреннего уровня Gd4d и Mn2p

Слайд #9