Spin Çözünürlüğü
Deneyler, yüzey yapılarını 0,1 nm’lik bir yanal çözünürlükle çözebildiğinde (günümüzün en iyi cihazları muhtemelen yaklaşık 0,05 nm’lik bir yanal çözünürlüğe sahiptir), yalnızca atomik konfigürasyonu değil, aynı zamanda yerel yapıyı da ayrıntılı olarak analiz etmek mümkün hale geldi.
Bu, çok sayıda yeni deneysel veriye yol açtı. Özellikle, bir STM’nin bir elektronun dönüş durumunu da çözüp çözemeyeceği sorusu, 1980’lerin sonlarından itibaren deneycilerin ve teorisyenlerin hayal gücünü meşgul etti, çünkü bir taramalı elektron mikroskobunun manyetik alanları bir çözünürlükle çözebildiği gösterildi. yaklaşık 100 nm. Bu, etkiyi en üst düzeye çıkaracak uygun bir yüzey malzemesi ve STM ucu kombinasyonu arayışına yol açtı.
Cr(001)’in azınlık bandında bir yüzey durumuna sahip olduğu ve ayrıca antiferromanyetik olarak düzenlendiği iyi bilinmektedir. Bu durumda, bir basamak kenarının üst terasta spin-up elektronlarının ve alt terasta spin-down elektronlarının yüzey durumuna sahip olması beklenir.
Yüzey atomlarının kendileri genellikle Cr(001) üzerinde çözülemez. Bunun nedeni, bu yüzeyin yük yoğunluğu konturunun çok düz olmasıdır. Bu yüzeydeki topografyaların bir analizini daha sonraki bölümlerde sunacağız. Burada sadece şunu belirtmek isteriz ki, yüzeydeki atomlar doğrudan çözümlenemese bile basamak kenarları çözümlenebilir.
Ve eğer, beklenebileceği gibi, alt teras, tünelleme akımına esas olarak spin-up elektronları katarken, üst teras, esas olarak spin-down elektronları veriyorsa, o zaman iki bitişik topografik görüntüde bir farkın fark edilmesi beklenebilir. adım kenarları.
Ancak, bu varsayım yalnızca STM ucunun kendisi spin-polarize ise doğrulanır. Bu durumda STM ucunun tepe atomu, spin-up ve spin-down elektronları için Fermi seviyesinde farklı bir durum yoğunluğuna sahip olmalıdır. Bu, hemen böyle bir ipucunun nasıl üretilebileceği sorusunu gündeme getiriyor.
İki farklı teras tipini çözdüğü iddia edilen ilk yayında, deneyciler Si(111) üzerinde vakum biriktirme ile yapılmış bir CrO2 ucu kullanmışlardır. Deneysel sonuç gösterilir.
Deneysel sonuç, Cr(001)’de 0.12’den 0.16 nm’ye kadar basamak yüksekliğinin karakteristik bir varyasyonunun bulunduğu, bir katmandan diğerine kromyum anti-ferromanyetizmanın teorik modelini destekleyen yalnızca dört tarama çizgisinden oluşuyordu. Deneylerin oda sıcaklığında gerçekleştirildiği, değişken veya düşük sıcaklıklı STM’lerin şu anda mevcut olmadığı belirtilmelidir.
Oldukça kabataslak kanıtlar ve oda sıcaklığında spin dalgalanmaları sorunu göz önüne alındığında, pek çok deneycinin şüpheci kalması şaşırtıcı görünmüyordu. Onlara göre deney, tekniğin gerçekten işe yaradığının kanıtı değildi. Başlangıçta, şüpheleri haklı görünüyordu.
1990’dan 1998’e kadar, tünelleme elektronlarının dönüşünü tespit etme yeteneği üzerine yeni bir makale yayınlanmadı. Ancak bu dönemde tüm alan oldukça değişti. Değişken sıcaklıklı STM, özellikle metal yüzeyler üzerinde çok daha kontrol edilebilir deneyler yaptı ve elde edilen görüntülerin çözünürlüğünü oldukça genel olarak iyileştirdi.
Ek olarak, yüzey bilimi topluluğu yeni efektler arayışında çok çeşitli ultra ince filmler üzerinde deneyler yaptığından, yeni vakumlu biriktirme teknikleri, herhangi bir malzeme bileşiğini incelemeyi kademeli olarak mümkün kılıyordu.
Bu iki gelişme, numunenin genellikle boyutları küçültülmüş bir manyetik diziden oluştuğu ve STM ucunun spin-up ve spin-up’ın iletkenlik özellikleri arasındaki farkı maksimize edecek şekilde uyarlandığı yeni aletlerin geliştirilmesini ve çalıştırılmasını kolaylaştırdı.
Başlangıçta, STM uçları, silikon gibi yüzeyler üzerinde manyetik metallerin veya metal oksitlerin vakumla biriktirilmesiyle yapıldı. Bu durumda, bırakılan katmanın alt tabakadan fiziksel olarak çıkarılması ve bir metal uca tutturulması gerekiyordu. Bir STM ucunun bir deneyde kolayca yok edilebileceği göz önüne alındığında, bunun çok karmaşık olduğu ortaya çıktı.
Spin eko sekansı özellikleri
Spin eko sekansı nedir
Gradient eko nedir
Spin eko sekansları
T1 ve T2 arasındaki fark MR
mr t1, t2 ne demek
Yağ baskılama sekansları
STIR sekans
Bu nedenle, CrO2 uçları ile yapılan erken çalışmalar kısa süre sonra vazgeçildi ve manyetik yapılar üzerinde STM ve STS deneyleri için doğru uç malzemesi kapsamlı bir analizin konusu oldu. Ucun, yüzey atomlarının manyetik özelliklerini etkilemeden ve hatta değiştirmeden deneylerde bir döndürme valfi görevi görmesi gerektiği göz önüne alındığında, deneyciler aşağıdaki koşullara uyacak uygun ipuçları üretmeye çalıştılar:
• Ucun tepe atomu yüksek spin polarizasyonuna sahiptir.
• Yüzeyin manyetik yapısını etkileyebilecek başıboş alanları azaltmak için ucun toplu malzemesi manyetik değildir.
• Uç, adsorbatlardan temizdir ve kimyasal olarak inerttir.
• Uç mıknatıslanabilir ve mıknatıslanma ekseni periyodik olarak değiştirilebilir.
• Mıknatıslanma ekseni düzlem içinden düzlem dışına değiştirilebilir.
Prensip olarak, uç malzemesinin tek tek katmanları antiferromanyetik olarak birleştiğinden, manganez veya kromdan yapılmış çok kristalli teller uygun olacaktır. Bununla birlikte, bugüne kadar bu telleri kullanan hiçbir başarılı deney rapor edilmemiştir.
Gerekli STM uç özellikleri iki farklı yöntem kullanılarak elde edilebilir:
(i) Çok keskin bir manyetik uç, salınan bir manyetik alanda konumlanmıştır, dönüş sinyali, kilitleme teknikleri ve bir mıknatıslanma döngüsünün uç noktalarındaki sinyal yoğunluklarının çıkarılmasıyla belirlenir; veya
(ii) manyetik olmayan bir ucu birkaç (20’ye kadar) manyetik malzeme katmanıyla kaplayarak ve yüksek çözünürlüklü tünelleme spektroskopileri gerçekleştirerek yapılır.
Bu tekniklerin her ikisi de farklı laboratuvarlarda geliştirilmiştir. Co(0001)’in manyetik alanları, şekilsiz FeCoSiB’den yapılmış çok keskin bir uçla ölçüldü. Yavaş aşındırma ile üretilen böyle bir ucun taramalı elektron mikroskobu görüntüsü gösterilmektedir.
Böyle bir uç periyodik olarak bir dış manyetik alan tarafından mıknatıslanırsa, tepe atomundaki manyetik eksen yönünü değiştirecektir. Dikey manyetizasyon için, yüzeyi işaret eder ve bu yöne yansıtılan yukarı ve aşağı dönüş bileşenleri periyodik olarak tersine çevrilir.
Efektin kendisi oldukça küçüktür, tipik olarak manyetik olmayan arka plan sinyalinin yalnızca birkaç yüzdesidir. Ancak gösterildiği gibi bu, yüzey elektronik yapısının manyetik bileşenlerini ayırmak için yeterlidir. Co(0001) yüzeyinin topografik bir görüntüsünde herhangi bir harici manyetik uç alanı olmadan alınmıştır. Bu durumda, yüzey birkaç kirlilikle düz görünür.
Manyetik alan açıldığında ve yüzey yükünün yukarı ve aşağı dönüş bileşenleri manyetik döngünün uç noktalarında ölçüldüğünde, bunların farkı, daha önce düz olan yüzeyi kesen bir alan duvarını ortaya çıkarır.
Bu durumda STM ucu, düşük koersivitesi ve doygunluk manyetizasyonu nedeniyle dikkatli bir şekilde seçilmiştir. Malzemenin şekil anizotropisi nedeniyle uç, ekseni boyunca mıknatıslanır. Ucun düşük çapıyla birleşen bu iki özellik, harici manyetik alanı ve uç mili etrafındaki bobin sayısını azaltmayı mümkün kılar ve bu da ucun başıboş alanlarının en aza indirilmesine yol açar.