В сегодняшнем мире нанотехнологий невозможно переоценить важность поверхностей раздела между оксидами металлов для приложений спинтроники, ферроэлектрики или мультиферроики. Чтобы реализовать гигантский потенциал таких интерфейсов, в особенности скрытых под многими другими слоями, требуется метод анализа их электронной структуры.

Группа ученых из Берклиевской лаборатории под руководством Чарльза Фэдли (Charles Fadley) разработала методику SWARPES (Standing Wave Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy), оптимизированную для исследования электронных свойств подповерхностных интерфейсов, совместив две хорошо известные техники изучения кристаллических материалов.

«SWARPES позволяет нам впервые селективно изучать внутренние интерфейсы, используя мягкое или жесткое рентгеновское излучение, – говорит Фэдли. – Эта техника применима к любой многослойной структуре прототипных устройств спинтроники, сильно коррелированных/высокотемпературных сверхпроводников и полупроводниковой электроники. Единственное ограничение – образец должен иметь высокий уровень кристаллической упорядоченности и выращиваться на многослойном нанозеркале, пригодном для генерирования рентгеновской стоячей волны».

Как видно из названия, SWARPES сочетает применение стоячих волн с ARPES – устоявшимся спектроскопическим методом анализа электронной структуры околоповерхностных атомов с помощью мягкого рентгеновского излучения. Использование жестких лучей (разновидность техники, носящая название HARPES) позволяет заглянуть глубже под поверхность, но лишь добавление стоячих волн обеспечивает методу необходимый уровень селективности.

Как известно, стоячая волна образуется в результате интерференции двух волн, имеющих одинаковую частоту. В данном случае, это падающая рентгеновская волна и отраженная зеркалом. Взаимодействие стоячих волн с электронами материала позволяет судить о свойствах образца, причем глубину зондирования можно изменять, варьируя угол падения лучей на зеркало.

Метод SWARPES тестировался с применением синхротронного источника рентгеновских лучей ALS (Advanced Light Source) Beamline 7.0.1. На примере интерфейса между ферромагнитным проводником (манганит лантана стронция) и изолятора (титанат стронция) с магнитным туннельным соединением, используемым в логических схемах спинтроники, ученые продемонстрировали надежность измерения вариаций электронной структуры, предсказанных для нескольких уровней теоретически.

Результаты работы изложены в статье «Momentum-resolved electronic structure at a buried interface from soft X-ray standing-wave angle-resolved photoemission», опубликованной в журнале Europhysics Letters (EPL).

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI