МОДЕЛЬНО-НЕЗАВИСИМЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО АТОМНОГО СТРОЕНИЯ С РАЗРЕШЕНИЕМ ПО ГЛУБИНЕ В МНОГОСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУРАХ С НИЗКОЙ КОНТРАСТНОСТЬЮ
A MODEL-INDEPENDENT METHOD OF STUDING LOCAL ATOMIC STRUCTURE WITH DEPTH RESOLUTION IN MULTILAYER METALLIC NANOGETROSTRUCTURES WITH LOW CONTRAST
Пономарев Дмитрий Андреевич
Ponomarev Dmitry Andreevich
диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Поверхность и интерфейс играют ведущую роль в формировании магнитотранспортных свойств у многослойных наногетероструктур. Поскольку ширина области интерфейсов у таких структур изменяется от долей нанометра до нескольких нанометров, необходимо использовать экспериментальные методы с разрешением по глубине порядка 1 нм. Не существует ни одного экспериментального метода, который бы удовлетворял одновременно двум критериям: разрешение по глубине и ближний порядок. Это глобальная задача исследований многослойных наногетероструктур, включая сверхрешетки Fe/Cr, обладающие гигантским магниторезистивным эффектом и Кондо-подобным эффектом.
Предложенный метод заключается в решении обратных задач с использованием экспериментальных данных для рентгеновской рефлектометрии (XRR) и EXAFS спектроскопии с угловым разрешением. Предлагаемые математические алгоритмы не требуют априорной информации об исследуемой системе, такой как ширина интерфейса. Задачу можно разделить на три этапа: 1) определение профиля i-го элемента из данных XRR, 2) определение спектра рентгеновской флуоресценции i-го элемента 𝜇𝑖(𝑧,𝐸) в зависимости от глубины z с использованием данных EXAFS с угловым разрешением. Этот шаг математического алгоритма представляет собой связь между XRR и EXAFS, 3) определение парциальных парных корреляционных функций 𝑔𝑖𝑗(𝑧,𝑟) как функций глубины по данным 𝜇𝑖(𝑧,𝐸). В нашем подходе есть две особенности: 1) мы используем независимые от модели методы регуляризации в случае линейных интегральных уравнений и алгоритм Левенберга-Марквардта для нелинейных задач; 2) общая математическая схема не может быть прервана: результаты, полученные на первом этапе, передаются на второй этап в качестве входных данных и т.д. Это позволяет нам считать, что комбинация двух методов вместе с предложенным алгоритмом является новым методом исследования.
Для образца тонкой пленки Al2O3/Cr(100Å)/[Fe(8Å)/Cr(10.5Å)]2/ Cr(20Å) получена локальная атомная структура атомов Fe и Cr, расположенных в семи точках глубины, включая интерфейсы. Достигнуто разрешение по глубине 2-3 Å. Было показано, что толщина слоя 16Å, состоящая из оксида Cr2O3 на поверхности образца, достаточна для защиты слоя железа от окисления
PhD thesis
Introduction.Surface and interface play a leading role in determining the properties of multilayers. Since the width of the interface area varies from a fraction of nanometer to several nm’s, it is necessary to use experimental methods with depth resolution of 1 nm or better. There is no a single experimental method, which would satisfy two criteria simultaneously: depth resolution and short-range order. This is a global problem of multilayer nanoheterostructures studies including superlattices Fe/Cr having a giant magnetoresistive (GMR) and Kondo effects