Способ измерения сдвигов значений параметров электронной плазмы металлических монокристаллов

 

Союз Соаетскмз

Сощиалистических

Республик (61} Дополнительное к авт. саид-ву— (22} Завалено 0301.77(21) 243740 Я/18-25 с присоединением залвки Нов (23} Приоритет—

Опубликовано 15,09.79. Бюллетень М 34

Дата опубликовании описания 2о 09.7 (5Цм. кл.

G 01 И 27/00

Государственный комитет ссср но девам изобретений и открытий (Я) УДЯ 621, 382. .012(088.8) P2) Автор изобретения

Л.К. Чашин (73) Заявиталь (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГОВ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ

Изобретение относится к области анализа металлических монокристаллов с помощью электрических и магнитных средств, а точнее с помощью регистрации эффектов квантовых осцилляций Ландау, преимущественно эффекта квантовых осцилляций магнитной восприимчивости (Де Гааз-ван-Альфен эффекта) и эффекта квантовых осцилляций поверхностного импеданса.

Известен способ измерения сдвигов значений параметров электронной плазмы металлических монокристаллов под воздействием внедряемых примесей, радиационных повреждений и механической обработки с помощью регистрации эффектов квантовых осцилляций Ландау (,1) .

Этот способ измерений сдвигов 20 значений параметров не позволяет измерить сдвиги в поверхностном слое металлических монокристаллов и недостаточно реализует возможности квантовых эффектов в повышении точности измерений сдвигов.

Известен способ измерения сдвигов значений параметрОв электронной плазмы металлических монокристаллов, преимущественно площади зкстремальныл сечений Ферми-поверхности, эффективной массы электронов проводимости и эффективной ширины квантовых уровней, под воздействием внедряемых примесей, вносимьгл механических дефектов, радиационных повреждений, состоящий из регистрации осцилляций Ландау и измерения по квантовым осцилляциям сдвигов значений параметров в металле, подвергшемся воздействию, относительно значения параметров в металле воздействию не подвергавшемся f2).

Точность способа ограничена невозможностью устранить при последовательной регистрации разницу в температуре образцов, в ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей образца, в величине магнитного поля в месте расположения образцов. Такое ограничение точности не позволяет производить измерение сдвигов значений параметров в зависимости от изменения ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей монокристалла.

Кроме того, существующий способ не позволяет проводить измерение сдвигов значений параметров в поверх685967 ностном слое, поскольку производитeÿ регистрация осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца.

ILeJlbFo изобретения является повышение точности измерений сдвигов и получение возможности измерений в поверхностном слое образца леталлического монокристалла.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения сдви гов значений параметров поверхностный слой образца металлического монокристалла предварительно подвергают воздействию, после чего одновременно регистрируют квантовые осцилляции магнитной восприимчивости всего объема образца, определяют сдвиги значений параметров в поверхностном слое относительно значений параметров во внутренней части образца, охваченной поверхностным слоем.

Оптимальное отношение объема поверхностного слоя к объему всего

- lt образца составляет от 5 10 до

5 10

Инте вал магнитных полей при регистрации квантовых осцилляций выбирается так, что толщина подверг-! нутого воздействию поверхностного слоя больше диаметра орбит электронов проводимости, причем частота электромагнитных колебаний при регистрации квантовых осцилляций поверхностного импеданса выбирается так, что глубина проникновения в образец пере. ленного электромагнитного поля остается меньше толщины подвергнутого воздействию поверхностного слоя.

Объединение в одном образце монокристалла двух частей.подвергшейся и не подвергшейся воздействию — в конфигурации, когда поверхностный слой, подвергнутый воздействию, охватывает внутренюю часть, воздействию не подвергшуюся, позволяет при одновременной регистрации осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца и осцилляций поверхностного импеданса увеличить точность за счет уменьшения разницы между част ямч в температуре, в ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей, в величине магнитного поля.

Воздействие на поверхностный слой образца и использование квантовых осцилляций поверхностного импеданса позволяют измерить сдвиги значений параметрсв в поверхностном слое образца, подвергшемся воздействию, относительно параметров во внутренней части образца, воздействию не подвергшейся.

При =-том объем поверхностного слоя, подвергнутого воздействию не

Аг

I превышает 5 ° 10 все "G объема образ—

Произведено графическое сопоставление сигналов — и — () — по фас1< х

Ф ).((g. Ì зе и форме осцилляций (график) . Наблюдаемое совпадение фаз осцилляций и деталей формы осцилляций свидетельствует о совпадении параметров электронной плазмы для поверхностного слоя, не подвергавшегося воздействию и параметров для внутренней части металла, а ислени:: площади экстреца (вЂ, — 6 5 10 ), что вызвано

-z, необходимостью ограничить вклад поверхностного слоя в образование сигнала квантовых осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца. Вместе с тем ) 5 10 ч„г что вызвано необходимостью получить интенсивность сигнала квантовых осцилляций поверхностного импеданса, достаточную для регистрации.

Кроме того, при регистрации квантовых осцилляций диаметры орбит электронов проводимости и глубина проникновения в образец переменного электромагнитного поля, использованного для регистрации квантовых осцилляций поверхностного импедан— сa, oeтаются меньше толщины подвергнутого воздействию поверхностного слоя, Ограничение исключает вклад внутненней части образца, не подвергавшейся воздействию, в образование сигнала осцилляций поверхностного импеданса.

На чертеже изображена копия записи,одновременно зарегистрированных квантовых оспилляций поверхностного импеданса, ) и квантовых аР осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца при д /И

О ))2 двух температурах: Т = 2,05 GK u

Т = 1,7 К. Интенсивность сигнала A изображена в относительных единицах, а зависимость от магнитного поля Н

35 в едИницах обратного магнитного поля Н КЭ . Направление магнитного поля Н совпадало с направлением кристаллографической оси (1010 |-H /j (1О10).

Пример 1. Приготовлен образец монокристалла металла осмия в виде плоскопараллельного диска толщиной 1 мм с ориентацией кристаллографической оси (1210) перпендикулярно плоскости диска. Поверхностный слой образца воздействию не подвергался.

Производилась одновременная регистрация квантовых осцилляций поверхностного импеданса на частоте 3 мГц

50 iЯ A и квантовых осцилляций (О ) магнитной восприимчивости всего объеб и М 1 ма образца (- „)()

55 б859б7 при анализе Boэдейстoия проникающих с поверхности газов на параметры электронной плазмы, нагример воздействия водорода на манок ристалл палладия; при анализе поверхностного

5 слоя толщиной 0,5.10 5 10 -"мм меTBллических ма«акр«сталл«ческих электродов термоэ г«ссионнььх преобразователей.

Формула «зобретен«я те Е 3 мГц„

При регистрации квантовых осцилляций глубина (с ) деформированного при шлифовании поверхностного слоя .оставалась постоянной (Я = 50 10 мм).

Диаметры орбит (a электронов менялись с изменением магнитного поля в пределах (1-3) 10 мм, глубина 30 проникновения электромагнитного поля Д на частоте 3 мГц не превышала 5 10 мм. Таким образом, соблюдалось соотношение 1) Д; г ) d.

Объем деформированнога слоя сос- 35 тавлял 4,1 ° 10 от всего объема образца.

По зависимости амплитуд асцилляций от магнитного поля определена эффективная ширина квантовых уронней. Эффективная ширина квантового уровня, измеренная в объеме метало ла при температуре 1,7 K составила о

2,2 К, а в деформированном паверхност— о ном слое 4 К. Следовательно, сдвиг эффективной ширины квантового уровня составил 1,8 К. Применение способа позволило измерить сдвиг эффективной ширины квантового уровня в поверхностном слое образца под воздействием шлифования относительно ширины уровня в неподвергшейся воздействию внутренней части, охваченной поверхностным слоем.

Использование предлагаемого способа измерения сдвигов значений пара- 55 метров электронной плазмы металлических монакристаллав обеспечивает по сравнению с существующими преимущество в точнасти и саздает возможность проведения измерений в поверх- 60 настнам слое.

Способ может найти применение при анализе воздействия нанесенных покрытий на состояние гаверхностна;а слоя металлических монокристаллов; 65

3. Способ па п.п. 1 «а т л ич а ю шийся тем, чта интервал магнитных палей пp«регистрации квантовых асцилляций выбирае=ся так „ чта вЂ,олщ.- на подверг-.утага воздействию паверхнастнага слоя больше диа— метра орбит элек =ранов проводимости, причем частота электрамагн«тных колебаний при регистра«:и квантовых асцилляций паверхнастнага импеданса выбирается так, чта глубина проникновения в образец переменного электромагнитного поля остается мень-.е т-алi ины падвергнутагc воздействию павер настнага с.—, ая. мального сечения Ферми-поверхности, аффективной массы, ширины и спинового расщепления квантовых уровней.

Пример показывает воэможность осуществления одновременной регистрации квантовых осцилляций двух типов и сравнения параметров поверхностного слоя образца « внутренней части образца, охваченной поверхностным слоем.

Пример 2. Приготовлен образец монокристалла металла асмия в виде плоскапараллельного диска толщиной 1,2 мм с ориентацией кристаллографической оси (1?10) перпендикулярно плоскости диска. Производилась механическая обработка поверхностного слоя, шлифование, а после этого одновременная регистрация квантовых осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца — дг и осцилляций поверхЯ ностного импеданса — „" на частос(ч

1. Способ измерения сдвига- значений параметров электронной глазмы металлических манокристаллов, преимущественно плошади 3Kстремаль— ных сечений Фермг-поверхности, эффективной массы электронов проводи.мости и эффект«внай ш,-.p«н . квантовых уровней, пад воздействием внедряемых примесе«, вносимых механических дефектов, рад«а«ионных повреждений, состоящий из рег«стращ.и квантовых осцилляций Ландау ««змерения по квантовым асц«лляциhM сдвигoB значений параметров в ме= àë..ëå подвергшемся воздействию, от«ос«тельно значений параметров B металле„ воздействию не падвергше:car, а т л ич а ю ш «и с я тем, чта, с целью павьпшения тачнастй «змерений сдвигов и получения вазмажнаст« измерений сдвигов в поверхностном слое, поверхностный слой образца металлического манакристалла предвар«тельна подвергают ваздейств«ю, после чего одновременна регистр«руют кван-.àâûå осцилляции паверхнастнага импеданса и квантсвые асц«лляци« магННТНоН воспр«имч«засти BcGrо o6beMB образца, определяют сдвиг« значений параметров в поверхностном слое относительна значении ;.араметрав ва внутренней части образца, охваченной поверхнсстным слоем.

2. Способ па и. 1„ а л и ч а юш и и с я тем, чта подвергают воздействию поверхностный слой, ОТ«о шения объема которого к объему всего образца составл-.åò ат 5 10 да

5 10

605967

Составитель lO. Кутенин

Редактор И. Шубина Техред C.Мигай Корректор М.Селехман

Заказ 5451/44 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ° 4/5 филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Anderson, ЬеЕ Stone De Наая

van AIphen ef feet in diente Pb-Te

and Pb-Bi aIIoys-PhysicaI Review В . SoI id State, 1975, I II, Ð. 4, 1300 — 1314.

2. TempIton coleridge, The Ternпу Jurface of diente copper aIIoys.I>

Уоы пaI of Physics F — Metall

Physic 1975, Р 7,1307-1316 (прототип) .