Способ измерения сдвигов значений параметров электронной плазмы металлических монокристаллов

Союз Советскмз Сощиалистических Республик(22) Завалено 0301.77(21) 2437408/18-25с присоединением залвки Нов(5 ЦМ. Кл. С 01 И 27/00 Государственный комитет ссср но деааи изобретений и открытий(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 плошади зкстремаль ныл 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 (2.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 моно- кристалла.Кроме того, существующий способ не позволяет проводить измерение сдвигов значений параметров в поверхностном слое, поскольку производится регистрация осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца.Целью 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 сдвигов значений параметров поверхностный слой образца металлического монокристалла предварительно подвергают воздействию, после чего одновременно регистрируют квантовые осцилляции магнитной восприюлчивости 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 всегох 1 образца составляет от 5 10 до 5 10Инте вал магнитных полей при регистрации квантовых осцилляций выбирается так, что толщина подвергнутого 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 перегленного электромагнитного поля остается меньше толщиныподвергнутого воздействию поверхностного слоя.Объединение в одном образце монокристалла двух частей подвергшейся и не подвергшейся воздействию - вконфигурации, когда поверхностныйслой, подвергнутый воздействию, охватывает внутренюю часть, воздействию не подвергшуюся, позволяет приодновременной регистрации осцилляций магнитной восприимчивости всегообъема образца и осцилляций поверхностного импеданса увеличить точность за счет уменьшения разницымежду частямч в температуре, в ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей, в величине магнитного поля,Воздействие на поверхностный слойобразца и использование квантовыхосцилляций поверхностного импедансапозволяют измерить сдвиги значенийпараметрсв в поверхностном слое образца, подвергшемся воздействию, относительно параметров во внутреннейчасти образца, воздействию не подвергшейся.При этом объем поверхностногослоя, подвергнутого воздействию неи1превышает 5 ф 10 всего объема образ -60 65 Произведено графическое сопоставление сигналов ви х - т 1- по фас 1 РхФИ ФМ зе и форме осцилляций (график), Наблюдаемое совпадение фаз осцилляций и деталей формы осцилляций свидетельств. ет о совпадении параметров электронной плазмы для поверхностного слоя, не подвергавшегося воздействию и параметров для внутренней части металла, а и;лени площади экстреца ( в , - 6 510 ), что вызвано-ьнеобходимостью ограничить вклад поверхностного слоя в образование сигнала квантовых осцилляций магнитнойвосприимчивости всего объема образ 5 ца. Вместе с тем в) 510ч,что вызвано необходилостью получитьинтенсивность сигнала квантовых осцилляций поверхностного импеданса,достаточную для регистрации.Кроме того, при регистрации квантовых осцилляций диаметры орбитэлектронов проводимости и глубинапроникновения в образец переменногоэлектромагнитного поля, использованного для регистрации квантовыхосцилляций поверхностного импеданса, остаются меньше толщины подвергнутого воздействию поверхностногослоя,Ограничение исключает вклад внутненней части образца, не подвергавшейся воздействию, в образованиесигнала осцилляций поверхностногоимпеданса.На чертеже изображена копия за 25 писи,одновременно зарегистрированных квантовых оспилляций поверхностного импеданса , и квантовыхосцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца впридх/ийИ 2двух температурах: Т = 2,05 ОК иТ = 1,7 К, Интенсивность сигнала Аизображена в относительных единицах,а зависимость от магнитного поля Нв едИницах обратного магнитного поля Н КЭ . Направление магнитногополя Н совпадало с направлениемкристаллографической оси1010 1-Н // 1010),П р и м е р 1. Приготовлен образец монокристалла металла осмия ввиде 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 мГцпри анализе воздействия пронцкающцхс поверхности газов на параметрыэлектронной плазмы, нагркмер воздействия водорода на монакрцсталл палладия; при анализе паверхнастнага 5 слоя толщиной 0,5 .10 - 5 10 -"мм металлических манакристаллцческихэлектродов термоэ гиссканных преобразователей. Формула изобретения те Е 3 мГцПри регистрации квантовых осцилляций глубина ( с ) деформированного при шлифовании поверхностного слоя оставалась постоянной Я = 50 10 мм), Диаметры орбит (а электронов менялись с изменением магнитного поля в пределах 1-3) 10 мм, глубина ЗО проникновения электромагнитного поля Д на частоте 3 мГц не превышала 5 10 мм, Таким образом, собгнодалось соотношение с ) Д ; г. ) с 1,Объем дефармированнога слоя составлял 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 металола при температуре 1,7 Е составилао2,2 К, а в деформированном паверхнастоном 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 пад воздействием шлифования относительно ширины уровня в неподвергшейся воздействию внутренней части, охваченной поверхностным слоем.Использование предлагаемого способа измерения сдвигов значений пара метров электронной плазмы металлических монакристаллав обеспечивает по сравнению с существующими преимушество в точности и создает возможность проведения измерений в поверх настнам слое.Способ может найти применение при анализе воздействия нанесенных покрытий на состояние гаверхностна;а слоя металлических манакристаллов; 65 3. Способ па п.п. 1 и 2, а т л ич а ю щ и й с я тем, чта интервал магнитных палей при регистрации квантовых асцилляций выбирается такчта толщина подвергнутого воздействию паверхнастнага слоя больше диа - метра орбит элек:ранов проводимости, причем частота электромагнитных колебаний при регистрац;и квантовых асцилляций паверхнастнага импеданса выбирается так, чта глубина проникновения в образец переменного электромагнитного поля остается мень;е толщины подвергнутого воздействию паверлнастнага слав. мального сечения Ферми-поверхности, аффективной массы, ширины и спинавого расщепления квантавьх уровней,Пример показывает воэможность осушествления одновременной регистрации квантовых осцилляций двух типов и сравнения параметров поверхностного слоя образца и внутренней части образца, охваченной поверхностным слоем.П р и м е р 2. Приготовлен образец монокристалла металла асмия в виде плоскапараллельного диска толщиной 1,2 мм с ориентацией кристаллографической оси (110) перпендикулярно плоскости диска. Производилась механическая обработка поверхностного слоя, шлифование, а после этого одновременная регистрация квантовых осцилляций магнитной восприимчивости всего объема образца в .р и осцилляций поверхуностного импеданса - " на часто- Дч 1. Способ измерения сдвигоь значений параметров электронной глазмы металлических манакристаллов,преимущественно плошади экстремаль -ных сечений Фермг-поверхности, эффективной массы электронов проводи.мости и эфф ктивнай ширины квантовых уровней, пад воздействием внедряемых примесеи, вносимых механкческих дефектов, радиационных повреждений, состоящий из регистрации квантовых осцилляций Ландау и .измеренияпо квантовым асцилляциям сдвиговзначений параметров в металле подвергшемся воздействию, относительнозначений параметров в металле воздействию не подвергшемся, а т л ич а ю ш к и с я тем, чта, с цельюпавьпшения тачнастй измерений сдвкгав и получения вазможности измерений сдвигов в поверхностном слое,поверхностный слой образца металлического манакристалла предварительна подвергают воздействию, послечего одновременна регистрируют квантовые осцилляции паверхнастнага импеданса и квантсвые асцилляцик магнитнОЙ вОсприкмчквОсти всего объемаобразца, Определяют сдвиги значений параметров в поверхностном слоеотносительна значений параметровва внутренней части Образца, охваченной паверхнсстным слоем,2. Способ па и. 1 О т л и ч а юш и и с я тем, чта подвергают ваздеиствию поверхностный слой, отношения объема которого к объему всегообразца составляет ат 5 10 да5 ф 10"В .Яо 1 Ы Бае, 1975, 111,Р. 4, 1300 - 1314.2. Тещр 11 оп со 1 ег 1 йце, ТЬе Тегппу Юиг 2 асе ой Непале соррег а 11 оуя.1 Уошпа 1 оЙ Рпуя 1 ся Р - Ме 1 а 11 РЬуя 1 с, 1975, Р 7,130 7-131 б (прототип),Составитель Ю, Кутенинтор И. ШУбина Техред С,Мигай Корректор М.Селехман 1/44 Тираж 1090ЦНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Рауш Заказ ПП Патентф, г. Ужгород, ул. Нроектна фили Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Апс)егяоп, 1 е Б 1 опе1 Эе Наая чап А 1 рЬеп ейЮес 1 1 п д 1 еп 1 е РЬ-Те апс 1 РЬ-В 1 а 11 оуя-РЬуя 3.са 1 Вечхею Подписноеомитета СССР открытий кая наб., д.