Способ измерения сдвигов значений параметров электронной плазмы металлических монокристаллов Советский патент 1979 года по МПК G01N27/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГОВ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ

1

Изобретение относится к области анализа металлических монокристаллов с помощью электрических и магнитных средств, а точнее с помошыо регистрации эффектов квантоВЕлх осцилляции Ландау, преимущественно эффекта квантовых осцилляции магнитной восприимчивости (Де Гааз-ван-Альфен эффекта) и эффекта квантовых осцилляции 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 осцилляции Ландау Д ,

Этот способ измерений сдвигов значений параметров не позволяет измерить сдв-иги 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, греимущественно площади экстремальных сечений Ферми-поверхности, эффективной массы электронов провод1 мости и эффективной ширины квантовых уровней, под воздействием внедряемых примесей, вносимых механических дефектов, радиационных повреждений, состоящий из регистрации осцилляции Ландау и измерения по квантовым осцилляциям сдвигов значений пара0метров в металле, подвергшемся воздействию, относительно значения параметров в металле воздействию не подвергавшемся 2,

Точность способа ограничена не5возможностью устранить при последовательной регистрсщии разницу в температуре образцов, в ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей образца, в вели0чине магнитного поля в месте расположения образцов. Такое ограничение точности не позволяет производить измерение сдвигов значений параметров в зависимости от изменения ори5ентации магнитного поля относительно кристаллографических осей монокристалла.

Кроме того, существующий способ .не позволяет проводить измерение

0 сдвигов значений параметров в поверхностном слое, поскольку производится регистрация осцилляции магнитной восприимчивости всего объема образца

Целью изобретения является повышение точности измерений сдвигов и получение возможности измерений в поверхностном слое образца металлического 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 восприиг 1чивости всего объема образца, определяют сдвиги значений параметров в поверхностном слое отросительно значений параметров во внутренней части образца, охваченной поверхностнЕлм слоем.

Оптимальное отношение объема поверхностного слоя к объем всего образца составляет от до 5- 10 .

Инте. 1зал магнитных полей при регистрации квантовых осцилляции выбирается так, что толщина подвергнутого воздействию, поверхностного слоя больше диаметра орбит электронов проводимости, причем частота электромагнитных колебаний при регистрации квантовых осцилляции поверхностного импеданса выбирается так, что глубина проникновения в образец переменного электромагнитного поля остается меньше толщины подвергнутого воздействию поверхносного слоя.

Объединение в одном образце монокристалла двух частей-подвергшейся и не подвергшейся воздействию конфигурации, когда поверхностный слой, подвергнутый воздействию, охватывает внутренюю часть, воздействию не подвергшуюся, позволяет при одновре.менной регистрации осцилляции магнитной восприимчивости всего объег а образца и осцилляции поверхностного импеданса увеличить точность за счет уменьшения разницы между частямч в температуре, в ориентации магнитного поля относительно кристаллографических осей, в величине магнитного поля.

Воздействие на поверхностный сло образца и использование квантовых осцилляции поверхностного импеданса позволяют измерить сдвиги значений параметров в поверхностном слое образца, подвергшемся воздействию, оносительно параметров во внутренне части образца, йоздействию не подвергшейся .

При ьтом объем поверхностного слоя, подвергнх,того воздействию, н превышает 510 всего объема образ« з-ю-г- ),

что вызвано

необходимостью ограничить вклад поверхностного слоя в образование сигнала квантовЕлх осцилляции магнитной во-сприимчивости всего объема образ-li

W

5 10

Вместе с тем

ца,

Чг.

что вызвано необходимостью получить интенсивность сигнала квантовых осцилляции поверхностного импеданса, достаточную для регистрации.

Кроме того, при регистрации квантовых осцилляции диаметры орбит электронов проводимости и глубина проникновения в образец переменного электромагнитного поля, использованного для регистрации квантовых осцилляции поверхностного импеданса, остаются меньше толщины подвергнутого воздействию поверхностного слоя.

Ограничение исключает вклад внутненней части образца, не подвергавшейся воздействию, в образование сигнала осцилляции поверхностного импеданса.

Ка чертеже изображена копия записи ,одновременно зарегистрированных квантовых ОСЦ.ИЛЛЯЦИЙ поверхностного импеданса и квантовых

сцилляции магнитной восп1эиимчивоси всего объема образца -г, при

ана

вух температурах: Т 2,05 ОК и Т 1,7 К. Интенсивность сигнала А изображена в относительных единицах, а зависимость от магнитного поля Н в единицах обратного магнитного поя Н- . Направление магнитного поля И совпадало с направлен ием кристаллографической оси // кГю .

Пример 1. Приготовлен образец монокристалла металла осмия в виде плоскопараллельного диска толщиной 1 мм с ориентацией кристаллографической оси 1210 перпендикулярно плоскости диска. Поверхностный слой образца воздействию не подвергался ,

Производилась одновременная регистрация квантовых осцилляции поверхностного импеданса на частоте 5 мГц

/

и квантовых осцилляции

С6М

магнитной восприимчивости всего объе/ rt м ма образца I- ;щ2гу .

Произведено графическо е сопоставление сигналов -т- и г- по фа6J и (j(,H

зе и форме осцилляции (график). Наблюдаемое совпадение фаз осцилляции и деталей формы осцилляции свидетельствует о совпадении параметров электронной плазмы для поверхностного слоя, не подвергавшегося воздействию и параметров для внутренней части металла, а к;-1еннг: площади экстремального сечения Ферми-поверхности эффективной массы, ширины и спинов го расщепления квантовых уровней. Пример показывает возможность осуществления одновременной регист рации квантовых осцилляции двух ти пов и сравнения параметров поверхностного слоя образца и внутренней части образца, охваченной поверхностным слоем. Пример 2. Приготовлен образец монокристалла металла осмия в виде плоскопараллельного диска толщиной 1,2 мм с ориентацией крис таллографической оси 1210 перпен дикулярно плоскости диска. Производилась механическая обработка поверхностного слоя, шлифование, а после этого одновременная регист рация квантовых осцилляции магнитной восприимчивости всего объема образца -rti и осцилляции поверхс dl ностного импеданса -гц на часто те Z 3 МГц. При регистрации квантовых осцилл ции глубина (С } дeфop иpoвaннoгo при щлифовании поверхностного слоя .оставалась постоянной ( 50-10мм Диаметры орбит (а электронов меня лись с изменением магнитного поля в пределах (1-3) 10 мм, глубина проникновения электромагнитного по ля (f на частоте 3 мГц не превышала 5-10 мм. Таким образом, соблюдалось соотношение с f ; у d. Объем деформированного слоя составлял 4,1 10 от всего объема образца. По зависимости амплитуд осцилляции от магнитного поля определена эффективная ширина квантовых уровней. Эффективная ширина квантового уровня, измеренная в объеме металла при температуре 1,7 К составила 2,2 К, а в деформированном поверхн ном слое 4 К. Следовательно, сдвиг эффективной ширины квантового уровня составил 1,8°К. Применение спосо ба позволило измерить сдвиг эффективной ширины квантового уровня в п верхностном слое образца под воздействием шлифования относительно ширины уровня в неподвергшейся воз действию внутренней части, охваченной поверхностным слоем. Использование предлагаемого способа измерения сдвигов значений пар метров электронной плазмы металлических монокристаллов обеспечивает по сравнению с существуюадами преиму щество в точности и создает возможность проведения измерений в поверх ностном слое. Способ может найти применение при анализе воздействия нанесенных покрытий на состояние поверхностног слоя металлических монокристаллов; при анализе воздействия проникающих с поверхности газов на параметры электронной плазмы, например воздействия водорода на монокристалл палладия; при анализе поверхностного слоя толщиной 0,5«10--- 5 1 О - мм металлических монокрксталлических электродов термоэлисскоккьк преобразователей . Формула изобретения 1. Способ измерения сдвигов значений параметров электронной плазмы металлических монокристаллов, 7реимущественно площади экстремальньк сечений Ферми-поверхности, эффективной массы электронов проводи.мости и эффективной ширины квантовых уровней, под воздействием внедряемых примесей, зностшьсс механических дефектов, радиаиионкьк повреждений, состоящий из регистрации квантовых осцилляции Ландау м .измерения по квантовым осцнлляцккм сдвигов значений параметров в металле, подвергшемся воздействию, относительно значений параметров в металле, воздействию не подвергшемся, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений сдвигов и получения возможности измерений сдвигов в поверхностном слое, поверхностный слой образца металлического монокристалла предварительно подвергают воздействию, после чего одновременно регистрируют квантовые осцилляции поверхностного импеданса и кванте вые осцилляции магнитной восприиг.;чнвости всего объема образца, определяют сдвиги значений параметров в поверхностном слое относительно значений параметров во внутренней части образца, охваченной поверхностным слоем. 2. Способ поп. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что подвергают воздействию поверхностный СЛОРГ, отношения объема которого к объему всего образца составляет oi 510 SlO . 3. Способ по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что интервал магнитных полей при регистрации квантовых осцилляции выбирается так, что толщина подвергнутого воздействию поверхностного с.чоя больше диаметра орбит электронов проводимости, причем частота электромагнитных колебаний при регистрации квантовых осцилляции поверхностного импеданса выбирается так, что глубина проникновения в образец переменного электроагнитного поля остается меныие толшини подвергкутогс воздействию поверхностного слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

HltCioW л

O.OfS

B,Solid State, 1975, III,№.5, 1308-1314.

рг,о5°к

ОЩ