Struktura magnetyczna w ultra cienkich warstwach Fe/W(110/540)

W celu wyznaczenia ewolucji struktury magnetycznej warstw Fe/W(110) i Fe/W(540) w trakcie ich wzrostu w przedziale pokryć nominalnych (1 – 5ML) wykonano odpowiednie pomiary widm czasowych NRS. Ilustrację eksperymentu pokazano na rysunku 7.2, na którym zaznaczono schematycznie padającą wiązkę promieniowania synchrotronowego, piecyk będący źródłem nanoszonego izotopu ⁵⁷Fe oraz detektor.

promieniowanie

synchrotronowe ^detektor

próbka

okno Be

Rys. 7.2. Schematyczna ilustracja eksperymentu. W dowolnym momencie preparatyki możliwe jest wykonanie pomiaru widma czasowego NRS.

Po naparowaniu w temperaturze 200ºC pseudomorficznej monowarstwy ⁵⁷Fe i schłodzeniu próbki do temperatury pokojowej wykonano pomiar NRS w geometrii poślizgu. Następnie rozpoczęto proces nanoszenia kolejnych warstw ⁵⁷Fe w temperaturze pokojowej, w trakcie którego piecyk z ⁵⁷Fe był zamykany po każdej zmianie pokrycia nominalnego próbki wynoszącej 0.2ML. W każdym okresie czasu, gdy piecyk pozostawał zamknięty wykonywany był pomiar widma czasowego NRS. Taką sekwencję depozycja/pomiar powtarzano aż do momentu, gdy całkowite nominalne pokrycie próbki ⁵⁷Fe wyniosło 5.0ML. Dla warstw grubszych (3.0 – 5.0ML) pomiary dokonano w funkcji pokrycia znacznie rzadziej, bo co 1.0ML. Taką sekwencję preparatyki i pomiarów wykonano czterokrotnie: dla dwóch kierunków padającej wiązki promieniowania synchrotronowego (wzdłuż kierunków [1-10] i [001]) i dla obu stosowanych w niniejszej pracy podłóż W(110) i W(540). Ponieważ zmiana geometrii pomiaru (np. od kierunku padającej wiązki wzdłuż [1-10] do kierunku [001]) pociąga za sobą bardzo czasochłonną procedurę ustawiania próbki i przygotowania do pomiarów NRS, zdecydowano, że pomiary przy różnych orientacjach próbki względem wiązki synchrotronowej będą wykonywane na osobno preparowanych próbkach. Pomimo zachowania bardzo podobnych warunków preparatyki takich próbek oraz bardzo dokładnej

kalibracji grubości nanoszonych warstw rozwiązanie takie, wymuszone aspektami technicznymi pomiarów NRS, niesie ze sobą pewną dozę niepewności związaną z powtarzalnością grubości powstających w oddzielnych preparatykach warstw. Wykonanie i analiza pomiarów w funkcji grubości dla przynajmniej dwóch kierunków pomiaru jest, pomimo wspomnianej wyżej wątpliwości, niezmiernie istotne z punktu widzenia zapewnienia jednoznaczności analizy danych NRS, a tym samym tworzonych na ich bazie modeli fizycznych badanego układu. Olbrzymią zaletą pomiarów omawianych w niniejszym rozdziale jest fakt, że cały proces preparatyki i akumulacji widm czasowych w badanym zakresie grubości trwał ok. 2 godziny. Oznacza to, że wpływ adsorpcji gazów resztkowych był zaniedbywalnie mały, a obserwowane ewolucje widm czasowych w trakcie wzrostu warstw Fe związane są jedynie z dziewiczym stanem magnetycznym układu dla danego pokrycia Fe (pomiary NRS nie wymagają stosowania zewnętrznego pola magnetycznego). Uniknięcie znaczących skutków adsorpcji gazów resztkowych ma największe znaczenie w przypadku analizy struktury magnetycznej obszarów próbek o lokalnym pokryciu Fe wynoszącym ~2.0ML, w których obserwowana w niskich temperaturach magnetyczna anizotropia prostopadła do płaszczyzny próbki jest na adsorpcję szczególnie wrażliwa. Bardzo krótki czas pojedynczego pomiaru widma czasowego NRS, nawet dla tak cienkich badanych warstw Fe ma ponadto tą zaletę, że możliwa jest akumulacja bardzo wielu widm, z niewielką zmianą grubości warstwy ⁵⁷Fe i tym samym szczegółowa analiza ewolucji stanu magnetycznego układu.

Rysunek 7.3 przedstawia widma czasowe NRS zmierzone dla wybranych nominalnych pokryć Fe/W(110), dla dwóch kierunków padającej wiązki synchrotronowej. Ciągłą czerwoną linią na wszystkich rysunkach zaznaczono dopasowania krzywych teoretycznych do punktów eksperymentalnych. Dopasowania zostały wykonane przy pomocy programu NRMFIT autorstwa Caroline L’abbe [Labb] wykorzystującego do obliczeń intensywności sygnału NRS program CONUSS. Na podstawie prezentowanych dopasowań wyznaczono parametry nadsubtelne charakteryzujące stan, w jakim znajduje się próbka dla danego pokrycia nominalnego ⁵⁷Fe. Dany model ewolucji stanu magnetycznego i morfologicznego próbki weryfikowano poprzez dopasowane widma czasowego dla jednego kierunku padającej wiązki synchrotronowej, a następnie sprawdzeniu czy symulacja widma NRS dla wiązki padającej w drugim z analizowanych kierunków padania daje dobrą zgodność z eksperymentem. Dla ostatecznie wybranego modelu (testowano ich zwykle kilkanaście) w większości przypadków zgodność ta była rozsądna, jednak by uzyskać bardzo dobre

Surf Bulk Bi1_surf Bi2_surf Int Bi1_int Bi2_int ML W(110) Czas [ns] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Czas [ns] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 ps ML 1 ps + 0.6 ML 1 ps + 0.8 ML 1 ps + 1.0 ML 1 ps + 1.2 ML 1 ps + 1.6 ML 1 ps + 2.0 ML 1 ps + 4.0 ML W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) 34 T 16 T 14 T 19T 14T 24T 16T 15 T 11 T 17 T 15 T 24 T 29 T 16 T 15 T 11 T 17 T 15 T 25 T 30 T 17 T 14 T 12 T 12T 26 T 30 T 19 T 18 T 15 T 18 T 15 T 15T 13T 28 T 31 T 19 T 30 T 32T 19 T 30 T 32 T 20 T W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) W (1 1 0) 34 T 16 T 14 T 19T 14T 24T 16T 15 T 11 T 17 T 15 T 24 T 29 T 16 T 15 T 11 T 17 T 15 T 25 T 30 T 17 T 14 T 12 T 12T 26 T 30 T 19 T 18 T 15 T 18 T 15 T 15T 13T 28 T 31 T 19 T 30 T 32T 19 T 30 T 32 T 20 T [1-10] [001]

Rys. 7.3. Widma czasowe NRS zmierzone dla wybranych nominalnych pokryć Fe/W(110), dla dwóch kierunków padającej wiązki synchrotronowej: [1-10] i [001]. Ciągłą czerwoną linią na wszystkich rysunkach zaznaczono dopasowania krzywych teoretycznych do punktów eksperymentalnych. Po prawej stronie rysunku schematyczny model ewolucji stanu magnetycznego i morfologicznego próbki wraz z rosnącym pokryciem Fe.

Ostatecznie, wszystkie wyznaczone parametry dopasowań dla każdej z prezentowanych par widm czasowych różnią się między sobą bardzo nieznacznie, np. nadsubtelne pola magnetyczne wyznaczone dla dwóch kierunków padającego promieniowania różnią się najwyżej o ok. 5%. Te drobne różnice nie zaburzają spójności prezentowanego po prawej stronie rysunku 7.3 modelu i są w pełni usprawiedliwione, zwłaszcza jeśli wziąć pod uwagę, że serie pomiarów dla kierunków padania [1-10] i [001] pochodzą z dwóch odrębnie preparowanych próbek. Gwałtowny charakter zmian widm pokazanych na rysunku 7.3 w funkcji grubości oznacza, że minimalna różnica w grubości nominalnej dwóch próbek (nawet mniejsza niż 0.1ML) lub w warunkach preparatyki (jakość próżni, niewielka zmiana temperatury czy czasu nanoszenia warstw) może powodować zauważalną zmianę odpowiednich widm czasowych i tym samym pozorny brak konsystencji w wyznaczonych parametrach dopasowań. Z tego względu niewielkie różnice w wyznaczonych zestawach parametrów dopasowań, dla dwóch kierunków padania wiązki przy danej grubości nominalnej Fe, są w pełni uzasadnione. Z prawej strony każdej pary widm przedstawiono schematycznie model stanu magnetycznego w jakim znajduje się układ dla danego pokrycia nominalnego. Konsystentne dopasowanie najbardziej skomplikowanych ze zmierzonych widm czasowych wymaga założenia, że na powierzchni próbki istnieją aż cztery rodzaje obszarów o różnych właściwościach magnetycznych (reprezentowane przez osiem składowych w symulacji). Ewolucja przestrzenna i magnetyczna tych obszarów stanowi podstawę prezentowanego w tym rozdziale modelu, więc konieczne jest ich dokładne zdefiniowanie i opis. W górnej części rysunku 7.3 znajduje się schematyczna ilustracja modelu i przyjętego nazewnictwa składowych, które będzie od tej pory używane. Oprócz istnienia obszaru o pokryciu nominalnym 1psML, zaznaczonego jako składowa „ML”, model uwzględnia też istnienie dwóch rodzajów obszarów dwuwarstwowych: „Bi1” i „Bi2”. W każdym z nich warstwom górnej (powierzchniowej) i dolnej (interfejsowej, graniczącej z podłożem W) odpowiadają w modelu dopiski odpowiednio: „surf” i „int”. Ponadto konieczne jest założenie, że istnieją również obszary trójwarstwowe, zdefiniowane w programie CONUSS przez 3 składowe: „Surf” (składowa odpowiadająca powierzchni obszaru trójwarstwowego), „Bulk” (składowa odpowiadająca środkowej warstwie obszaru trójwarstwowego) oraz „Int” (składowa odpowiadająca interfejsowi obszaru trójwarstwowego).

Widma czasowe dla 1 pseudomorficznej monowarstwy wykazują typowo niemagnetyczny (paramagnetyczny) charakter i można je dopasować przy założeniu istnienia

(QS = 0.6mm/s) o osi głównej prostopadłej do płaszczyzny próbki. Wyraźnie magnetyczny i dużo bardziej skomplikowany charakter widm czasowych obserwuje się od pokrycia nominalnego wynoszącego (1.0psML + 0.6ML). Dla takiego pokrycia dopasowanie odpowiadających mu widm czasowych wymaga użycia w modelu wszystkich 8 opisanych wyżej składowych. Wyróżnić można dwa rodzaje obszarów dwuwarstwowych. Składowe Bi2_surf i Bi2_int mają w prezentowanych dopasowaniach niewielki, ale znaczący udział. Ich pola nadsubtelne, odpowiednio 15T i 11T, mają kierunek prostopadły do płaszczyzny próbki. Składowe Bi1_surf i Bi1_int opisujące drugi rodzaj obszarów dwuwarstwowych próbki mają wyraźnie większe wartości pól nasubtelnych, odpowiednio 16T i 14T. Może to wskazywać na fakt, że ten rodzaj obszarów dwuwarstwowych charakteryzuje się większą ciągłością na powierzchni próbki i dzięki tworzeniu większych skupisk atomów wykazuje bardziej magnetyczny charakter niż to ma miejsce w przypadku drugiego rodzaju takich obszarów. Inne wytłumaczenie to wkład dipolowy do Bhf, który może silnie zależeć od kierunku namagnesowania. Kolejną różnicą pomiędzy obszarami pierwszego i drugiego rodzaju jest ich struktura magnetyczna, która w przypadku obszarów Bi1 jest wyraźnie niekolinearna. Pole nadsubtelne składowej Bi1_int jest równoległe do kierunku [1-10] w płaszczyźnie (110), natomiast pole składowej Bi1_surf jest odchylone o kąt 70º w stronę normalnej do płaszczyzny próbki, przy czym jego rzut na płaszczyznę (110) jest równoległy do [1-10]. W obu rodzajach obszarów dwuwarstwowych widać więc wyraźnie wpływ magnetycznej anizotropii preferującej kierunek namagnesowania prostopadły do płaszczyzny próbki, jednak wpływ ten jest znacznie mniejszy w obszarach Bi1 zajmujących większą powierzchnię próbki. Trzymając się interpretacji opartej na większej ciągłości takich obszarów można ostatni fakt wytłumaczyć jako efekt współzawodnictwa magnetycznej anizotropii prostopadłej do płaszczyzny próbki charakterystycznej dla obszarów o pokryciu ~2ML i, preferującej kierunek łatwy w płaszczyźnie, magnetycznej anizotropii kształtu cienkiej warstwy. Oprócz obszarów ML, Bi1 i Bi2, już dla tak niewielkiego pokrycia nominalnego, model zakłada też istnienie obszarów trójwarstwowych. Chociaż zajmowana przez nie powierzchnia jest prawie tak samo niewielka jak obszarów typu Bi2, to sumaryczny ich udział w dopasowaniach wynosi aż 18% i nie może być zaniedbany. Hipoteza występowania obszarów trójwarstwowych na próbce o nominalnym pokryciu 1.75psML (1psML + 0.6ML) oznacza odstępstwo od idealnego wzrostu typu warstwa po warstwie i jest tym samym jakościowo zgodna z wnioskami wynikającymi z prezentowanych w podrozdziale 7.1 pomiarów AES. Magnetyczne pola nadsubtelne składowych odpowiadających obszarom trójwarstwowym przyjmują bardzo rozsądne wartości. Największe pole opisuje składową Bulk (24.5T),

składowa Surf odpowiadająca w modelu warstwie powierzchniowej ma znacząco obniżone pole nadsubtelne (19.0T), co w jeszcze większym stopniu tyczy się składowej Int (15.7T). Wszystkie 3 składowe mają pola znacznie niższe od obserwowanych dla większych pokryć nominalnych. Wiąże się to z obniżoną temperaturą Curie odpowiednich obszarów próbki. Kierunek pól nadsubtelnych we wszystkich 3 warstwach takich obszarów jest równoległy do kierunku [1-10] w płaszczyźnie (110). Ewolucja układu, wraz z rosnącym pokryciem nominalnym Fe, znajduje w prezentowanym modelu odzwierciedlenie w rozrastaniu się powierzchni obszarów trójwarstwowych kosztem pozostałych obszarów próbki. O ile w przypadku obszarów typu Bi1 i Bi2 spadek zajmowanej przez nie powierzchni nie powoduje znaczących zmian w wartościach ich magnetycznych pól nadsubtelnych, to wzrost rozmiarów obszarów o pokryciu lokalnym 3ML powoduje stopniowe i wyraźne zwiększenie odpowiadających im pól nadsubtelnych, co oznacza, że rośnie również ich temperatura Curie. Znajduje to również odzwierciedlenie w prezentowanej na rysunku 7.4 zależności średniego magnetycznego pola nadsubtelnego od nominalnego pokrycia Fe.

Pokrycie nominalne Fe [ML] 1 2 3 4 5 6 Ś red ni e po le nad sub tel ne [T ] 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Fe/W(110) Fe/W(540)

Rys. 7.4. Zależności średniego pola nadsubtelnego od nominalnego pokrycia Fe wyznaczone z parametrów dopasowań dla obu badanych układów Fe/W(110) (kolor czerwony) i Fe/W(540) (kolor niebieski).

Niekolinearna struktura magnetyczna w obszarach typu Bi1 utrzymuje się jeszcze do pokrycia nominalnego ok. 2ps ML (1psML + 0.8ML), dla którego kąt pomiędzy polami nadsubtelnymi składowych Bi1_surf i Bi1_int wynosi ok. 45º, natomiast dla większych pokryć obszary typu Bi1 są namagnesowane w płaszczyźnie próbki, zgodnie z kierunkiem

[1-10]. Obszary typu Bi2, w całym zakresie pokrycia, w którym ich obecność jest konieczna do dopasowania mierzonych widm czasowych, wykazują niezmiennie magnetyczną anizotropię prostopadłą do płaszczyzny próbki. Udział składowej ML zanika całkiem dla pokrycia (1psML + 1.4ML), natomiast oba rodzaje obszarów dwuwarstwowych zostają pokryte przez atomy trzeciej warstwy atomowej przy pokryciu nominalnym (1psML + 1.8ML). Fakt ten oraz znacznie uproszczony charakter modeli strukturalnych prezentowanych na rysunku 7.3 dla pokryć (1psML + 2.0ML) i (1psML + 4.0ML) mógłby na pierwszy rzut oka sugerować, że dla takich i wyższych pokryć żelazo na W(110) rośnie warstwa po warstwie. Z przedstawionych w podrozdziale 7.1 badań AES jak również z danych dostępnych literaturze dotyczącej tej tematyki wynika jednak, że wzrost w temperaturze pokojowej cechuje dla stosunkowo grubych warstw Fe bardzo duża szorstkość. Prostota modelu w końcowej części rysunku 7.3 nie stanowi sprzeczności z ostatnim stwierdzeniem, a świadczy jedynie o tym, że dla większych pokryć 57Fe czułość metody na stopień skomplikowania układu (szorstkość) znacznie maleje i dopasowanie odpowiednich widm możliwe jest zarówno poprzez założenie idealnej jednorodności powierzchniowej jak również poprzez przyjęcie współistnienia obszarów o nawet bardzo różnych lokalnych pokryciach Fe. Przykładowo, widma zmierzone dla pokrycia (1ps ML + 2.0ML) można również dopasować zakładając istnienie obszarów próbki nie tylko 3- ale i 4- a nawet 5-warstwowych. Niemożność wyciągnięcia dokładnych wniosków odnośnie morfologii układu dla dużych pokryć Fe nie wpływa znacząco na analizę ich właściwości magnetycznych. Stan, jaki obserwuje się dla pokrycia ok. 5ML jest zgodny z przewidywaniami dotyczącymi obniżonych (w stosunku do wartości pola nadsubtelnego dla litego Fe) wartości pól nadsubtelnych powierzchni [Kore85, Slez07] i warstwy graniczącej z podłożem [Przy89]. Pola nadsubtelne składowych Surf, Bulk i Int przyjmują odpowiednio wartości 29.9T, 32.4T i 19.7T. Obniżona wartość pola składowej Surf bardzo dobrze zgadza się z wynikami pomiarów dla grubszych warstw opublikowanych w pracy [Slez07], również wartość pola składowej Int pozostaje w dobrej zgodności z wynikami [Przy89]. Wraz ze wzrostem grubości Fe procentowy udział składowych Surf i Int maleje tak, że dla bardzo grubych warstw średnie pole nadsubtelne powinno być praktycznie tożsame z polem składowej Bulk i wartością magnetycznego pola nadsubtelnego dla litego żelaza.

Rysunek 7.5 prezentuje zmierzone widma czasowe wraz z ich dopasowaniami oraz otrzymany na ich podstawie model wzrostu i struktury magnetycznej warstw Fe/W(540). Przedstawione na nim widma czasowe różnią się zauważalnie od widm zmierzonych dla warstw Fe/W(110), jednak różnice nie są bardzo duże, a jakościowy charakter zmian widm

w obu przypadkach jest bardzo podobny. Mając w pamięci wniosek dotyczący bardzo podobnego rodzaju wzrostu warstw Fe w obu analizowanych układach nie jest zaskakującym, że, z punktu widzenia morfologii warstw, modele prezentowane na rysunkach 7.3 i 7.5 są praktycznie identyczne. Czas [ns] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Czas [ns] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 ps ML 1 ps + 0.8 ML 1 ps + 1.0 ML 1 ps + 1.2 ML 1 ps + 1.6 ML 1 ps + 2.0 ML 1 ps + 4.0 ML W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) 34 T 17T 15 T 14 T 23 T 27 T 17 T 17 T 10 T 15 T 15 T 25 T 27 T 17 T 17 T 11 T 12T 25 T 30 T 18 T 15 T 14 T 15 T 15 T 17T 13T 26 T 30 T 18 T 29 T 31T 18 T 30 T 32 T 20 T W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) W (5 4 0) 34 T 17T 15 T 14 T 23 T 27 T 17 T 17 T 10 T 15 T 15 T 25 T 27 T 17 T 17 T 11 T 12T 25 T 30 T 18 T 15 T 14 T 15 T 15 T 17T 13T 26 T 30 T 18 T 29 T 31T 18 T 30 T 32 T 20 T

Rys. 7.5. Czasowe widma NRS, wraz z dopasowaniami oraz model warstw dla układu Fe/W(540).

Pewnym zmianom w porównaniu z modelem wyznaczonym dla warstw Fe/W(110) ulegają natomiast obserwowane właściwości magnetyczne. Pierwsze widmo czasowe NRS o wyraźnie magnetycznym charakterze obserwuje się w przypadku warstw Fe/W(540) dla pokrycia wynoszącego (1psML + 0.8ML) a więc o 0.2ML wyższego niż to ma miejsce

wytłumaczenia wystarczy nawet bardzo niewielka różnica pokrycia w seriach pomiarowych wykonywanych dla obu układów. Ponieważ widmo zmierzone dla warstw Fe/W(110) dla pokrycia (1psML + 0.6ML) odpowiada granicy pomiędzy niemagnetycznym i wyraźnie magnetycznym stanem układu, a zmiana widma przy przejściu do następnego badanego pokrycia (1psML + 0.8ML) na rysunku 7.3 stanowi zdecydowanie największą z obserwowanych, to możliwe jest, że w przypadku warstw Fe/W(540) analogiczne widmo zostało „przeoczone” skutkiem minimalnie różnego pokrycia nominalnego. Bardziej istotne różnice, które z pewnością nie są efektem trudności technicznych czy ograniczeń wynikających z przyjętej metodyki pomiarów, widoczne są w wartościach pól nadsubtelnych odpowiednich składowych. Zmianom, w porównaniu do Fe/W(110), ulegają wartości pól praktycznie wszystkich składowych obszarów Bi1 i Bi2, co jest uzasadnione faktem, że zarówno dolne jak i górne warstwy atomowe takich obszarów odzwierciedlają wicynalną strukturę podłoża W(540). Nie zarejestrowano również widma czasowego, dla którego w obszarach Bi1 obserwowano by niekolinearną strukturę magnetyczną analogiczną do opisanej dla warstw Fe/W(110). W tym przypadku różnica nie może być przypisana jedynie różnicy w pokryciu nominalnym, ponieważ niekolinearna struktura magnetyczna występowała dla układu Fe/W(110) dla dwóch badanych wartości pokrycia. Możliwe wytłumaczenie tej różnicy opiera się na istnieniu dodatkowej anizotropii magnetycznej preferującej kierunek łatwy namagnesowania [1-10] (a więc prostopadły do kierunku stopni atomowych) w płaszczyźnie (110), której źródłem jest obecność stopni atomowych w układzie Fe/W(540). Inne, niż w przypadku Fe/W(110), wartości pól nadsubtelnych obserwuje się również dla obszarów trójwarstwowych. Rysunek 7.4 prezentuje zależności średniego pola nadsubtelnego od nominalnego pokrycia Fe wyznaczone z parametrów dopasowań dla obu badanych układów Fe/W(110) i Fe/W(540). Widać, że wyznaczone zależności różnią się między sobą wyraźnie: średnie pole nadsubtelne w układzie Fe/W(540) jest w stosunkowo szerokim zakresie grubości znacząco niższe niż to ma miejsce w przypadku układu Fe/W(110). Dla warstw relatywnie grubych oba modele dają w przybliżeniu takie same wartości średnich pól nadsubtelnych. Jest to związane z obniżeniem procentowych udziałów warstw granicznych i powierzchni, które są jedynym źródłem możliwych różnic w obserwowanych w obu układach właściwościach magnetycznych.

Dla ścisłości należy wspomnieć, że w celu uzyskania zadowalających dopasowań widm czasowych NRS dla warstw Fe/W(110) i Fe/W(540), oprócz opisanych powyżej i zestawionych w tabeli 7.1 parametrów (czyli udziałów poszczególnych składowych,

wartości i kierunków magnetycznych pól nadsubtelnych) wzięto pod uwagę jeszcze 3 rodzaje parametrów. Były to: rozszczepienia kwadrupolowe QS ¹⁾ (ang. Quadrupole Splitting) będące wynikiem oddziaływania kwadrupolowego momentu elektrycznego jądra z gradientem pola elektrycznego w jego miejscu, powiązane z lokalną strukturą elektronową względne przesunięcia izomeryczne składowych IS (ang. Isomer Shift) oraz szerokości rozkładów Gaussa magnetycznych pól nadsubtelnych, w tym przypadku zdefiniowane jako FWHM (ang.

Full Width at Half Maximum). QS w dopasowaniach przyjmowało niezerowe wartości (ok.

0.6mm/s) dla wszystkich składowych z wyjątkiem składowej Bulk, przy czym oś główna tensora gradientu pola elektrycznego była zawsze prostopadła do płaszczyzny (110). Wartości przesunięć izomerycznych IS (względem składowej Bulk) są we wszystkich składowych niewielkie (0 < IS < 0.15mm/s) i, podobnie jak w przypadku rozszczepień kwadrupolowych

QS, ich zestawienie nie niesie istotnych informacji na temat modeli i właściwości fizycznych

badanych układów. Podobnie rzecz ma się w przypadku szerokości rozkładów magnetycznych pól nadsubtelnych FWHM, które wraz ze wzrostem pokrycia Fe stopniowo maleją dla każdej składowej. Ich wartości, w zależności od składowej i pokrycia Fe, zmieniają się monotonicznie w przedziale (20% – 1%) wartości danego pola nadsubtelnego.

Osobnej dyskusji wymaga porównanie powyższych wyników z pomiarami CEMS serii próbek Ag/Fe/W(110) [Przy89]. Rysunek 7.6 stanowi graficzną ilustrację danych zawartych w tabeli 7.1, które zostały naniesione na oryginalny rysunek pochodzący z pracy [Przy89]. Na rysunkach (a) i (b) autorzy [Przy89] wykreślili w funkcji liczby monowarstw D (D = 1 odpowiada warstwie o grubości nominalnej 2Å) odpowiednio pola nadsubtelne i udziały procentowe składowych a – d schematycznie zilustrowanych przez rysunki zawierające odpowiednie konfiguracje atomów Fe, które zostały zaznaczone kółkami pełnymi i pustymi. Atomy reprezentowane w modelu [Przy89] przez konkretną składową są zaznaczone kółkami pełnymi (czarnymi), pozostałe atomy to kółka niewypełnione. Liniami ciągłymi zaznaczono przewidywania oparte na obliczeniach przy założeniu idealnego wzrostu warstwowego. Widać, że punkty wyznaczone z pomiarów CEMS i ich dopasowań w pracy [Przy89] bardzo dobrze układają się na liniach ciągłych modelu warstwowego. Wyniki

1 Rozszczepienie kwadrupolowe QS zdefiniowane jest jako:

2 / 1 2 2 ) 3 / 1 ( ) 1 2 ( 4 ) 1 ( 3 +η − + − = eQV_zz I I I I m QS ,

gdzie Vzz jest składową tensora gradientu pola elektrycznego wzdłuż osi kwantyzacji z, η jest parametrem asymetrii, Q kwadrupolowym momentem elektrycznym jądra, e ładunkiem elementarnym a I oraz m są

uzyskane dla warstw Fe/W(110) w niniejszej pracy zostały nałożone na rysunek z pracy [Przy89] w celu wykonania analizy porównawczej.

W W + = W W W + = W W W W W W W

Rys. 7.6. Porównanie modeli prezentowanych w pracach [Przy89](oryginalny rysunek na czarno) oraz niniejszej (na kolorowo). Rysunek (a) pola nadsubtelne, (b) udziały procentowe składowych opisanych w tekście. Czarne linie ciągłe odpowiadają

przewidywaniom modelu wzrostu warstwowego [Przy89], linie kolorowe służą jedynie za

przewodnik dla oka.

Kolory czerwony, żółty, zielony i szary dotyczą odpowiednio składowych a, b, c i d. Udział procentowy składowej ML (kolor czerwony) wykazuje bardzo podobną zależność w funkcji pokrycia jak składowa a w pracy [Przy89]. Jedyna różnica, słabo widoczna rysunku 7.6, to fakt, że udział tej składowej zeruje się dla wyższych pokryć niż to ma miejsce w cytowanej pracy. W trakcie dopasowywania zmierzonych widm założenie obecności składowej ML było konieczne aż do pokrycia D = 2. Stanowi to pierwsze, niewielkie odstępstwo od wzrostu warstwowego. Istotnie różni się w stosunku do pracy [Przy89] zależność magnetycznego pola nadsubtelnego omawianej składowej od pokrycia. W całym zakresie pokrycia D wartość pola nadsubtelnego składowej ML jest bliska zera, czyli w przeciwieństwie do pracy [Przy89] nie zaobserwowano efektu polaryzacji magnetycznej obszarów monowarstwowych. W przypadku składowych b i odpowiadającej jej składowej oznaczonej w niniejszej pracy kolorem żółtym różnice zależności udziałów od pokrycia są również niewielkie ale ich analiza mimo to jest bardziej skomplikowana. Wynika to z faktu, że w pracy [Przy89] nie było konieczne rozróżnienie składowych interfejsowych Fe/W dla obszarów dwu- i trójwarstwowych. Tymczasem bardzo skomplikowany charakter zmierzonych widm czasowych NRS, a przede

wszystkim ich duża czułość na orientację pól nadsubtelnych, wymagała takiego rozróżnienia (podskładowe oznaczone kolorami odpowiednio brązowym i różowym). Ponadto, jak to zostało omówione wcześniej, model prezentowany w tej pracy zakłada istnienie 2 rodzajów obszarów dwuwarstwowych Bi1 i Bi2. Dlatego też udział zaznaczony na rysunku 7.6 kolorem żółtym jest sumą udziałów składowych Bi1_int, Bi2_int oraz Int, natomiast pola nadsubtelne zaznaczone kolorami brązowym (interfejsy Fe/W w obszarach dwuwarstwowych), różowym (interfejs Fe/W w obszarach trójwarstwowych lub grubszych) i żółtym (interfejs Fe/W ogółem) zostały policzone jako średnie ważone pól nadsubtelnych odpowiednich składowych.