С.Дж.Б.Рид. Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии
Рентгеновская и просвечивающая электронная...
description
Transcript of Рентгеновская и просвечивающая электронная...
![Page 1: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/1.jpg)
Рентгеновская и просвечивающая
электронная микроскопия магнитных
структур
Аспирант 1-го года обучения Татарский Д.А.
![Page 2: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/2.jpg)
Магнито-силовая микроскопия
Массив Co-Cr частиц
Миронов В.Л., Основы сканирующей зондовой микроскопии
![Page 3: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/3.jpg)
Лоренцевская микроскопия
Ren Chao Che, Chong Yun Liang, Xiang He et al.Sci. Technol. Adv. Mater. 12, 025004 (2011)
![Page 4: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/4.jpg)
План семинара. Ч.1Рентгеновские лучи Магнитный круговой дихроизм
рентгеновских лучей (XMCD) Магнитная рентгеновская
микроскопия (эксперимент) Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом (теория)
![Page 5: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/5.jpg)
Магнитный круговой дихроизм
рентгеновских лучей (XMCD)
![Page 6: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/6.jpg)
X-ray absorption spectroscopy (XAS)
p
s
ik
p
s
fk
psRL i
2
1,
Энергия, эВ
XANES EXAFS
Пог
лощ
ени
е, о
тн.е
д.
~100-200 эВ
![Page 7: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/7.jpg)
X-ray magnetic circular dichroism
J.J. Rehr, R.C. Albers, Rev. Mod. Phys. 72, 621 (2000)
700 730Энергия, эВ
+, – П
огл
ощен
ие,
отн.
ед
.Fe L3
Fe L2
zm~
zm~
![Page 8: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/8.jpg)
Рентгеновские микроскопы
Photoemission electron microscope,SPELEEM@BL17SU, JapanРазрешение: 22 нм
Изображение доменной структуры
http://www.spring8.or.jp/
![Page 9: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/9.jpg)
Рентгеновские микроскопы
X-ray transmission microscope (использует зонные пластинки Френеля)XM-1, BerkleyРазрешение: 15 нм
D.-H. Kim, P. Fischer, W. Chao et al., J. Appl. Phys. 99, 08H303 (2006)
Доменная структура CoCrPt
![Page 10: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/10.jpg)
Взаимодействие рентгеновского
излучения с веществом (полуклассическая
теория)
![Page 11: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/11.jpg)
Полное сечение фотопоглощения
Z
a
rkia
fifiifif
aiereV
kkcEEkiVkf
1int
,
2
int
ˆ
;ˆ;~
ik
fk
fi
fi
if EEirf,
224
0
...1
a
e rki i
Дипольное приближение
Золотое правило Ферми:
rkiZ
a
rkia
iai erer
1
Одноэлектронное приближение
![Page 12: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/12.jpg)
Круговая поляризация фотонов
psLi ik ; psRi ik
;
*1,1Y
0;~
0;~
~;~;
22
0
,*1,1
22
0
,*1,1
;1,1
dY
dY
eeY
RL
RL
iRL
i
*1,1 Y
![Page 13: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/13.jpg)
Зонная структура 3d ферромагнетикаFe, Ni, Co
Наличие взаимодействия между орбитальным моментом глубокого электрона со спинами электронов 3d-зоны приводит к появлению «эффективного» магнитного поля
Плотность состояний Ni,
Физика магнитных явленийГ.С. Кринчик (1976)
3d-зона3d-зона
4s-зона
E
g(E)
FE
4s-зона
E
g(E)
FE
down up
![Page 14: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/14.jpg)
Двухуровневая система с расщеплением конечного состояния
0
1
1
1
E
E
E
E
L
0
;
;
;
;
1;0;1
ˆˆˆˆ
1,1
,1
1,1
1
,0
int00
ml
ml
ml
ml
eff
Y
Y
Y
rf
Yri
ml
BlVHH
mmCmCCirf
fi
*2
*1
*0
,
2Im~
XMCD
![Page 15: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/15.jpg)
План семинара. Ч.2Электроны Взаимодействие быстрых электронов с
веществом (теория) Магнитный киральный дихроизм
энергетических потерь электронов (EMCD) EMCD в просвечивающей электронной
микроскопии (ПЭМ) Сравнение методов EMCD и XMCD
![Page 16: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/16.jpg)
Взаимодействие быстрых электронов с
веществом
![Page 17: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/17.jpg)
Переходы в непрерывном спектре.Теория возмущений
222
1
22
int
,3
2
int
2
ˆ
2;ˆ;
2
if
Z
a a
fi
fiffifi
kkm
E
rr
e
r
ZeV
kdEEEkfVkid
ik
fk
fi
Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Курс теоретической физики. Т.3.Квантовая механика, нерелятивистская теория
![Page 18: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/18.jpg)
rrr
rqie
eq
rdrr
e
EEErrerr
e
r
Ze
rrrdrdrdk
km
kkq
fiafi
arqi
rqi
a
rqi
ifairqi
Z
a a
fiafa
i
f
if
a
a
,1,
23
2
11
22
,1
*331
342
2
...
1
4
...
......4
Дифференциальное сечение рассеяния
![Page 19: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/19.jpg)
Сходство между поглощением рентгеновских лучей и неупругим рассеянием электронов
A.P. Hitchcock, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (suppl.2), 176 (1992)
X-ray absorption near edge structure (XANES)
fi
if EEirf,
224
ps i
Electron Energy loss near edge structure (ELNES)
fi
ifi
f EEEirqfk
k
qa,
2
420
22 4 21 qiqq
![Page 20: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/20.jpg)
Магнитный киральный дихроизм
энергетических потерь электронов (EMCD)
![Page 21: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/21.jpg)
«Круговая поляризация» электронов
11; qki
22; qki
Интерференция двух волн
1q
2q
21 qiq
![Page 22: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/22.jpg)
Спектрометр Маха-Цендера
Если фазовращатель меняет фазу луча на φ, то:
21 qeqq i
P.Neilhebel et al., Phys. Rev. Lett. 85, 1847 (2000)
1ik
2ik
fk
1q
2q
Источник Делитель
Фазовращатель
Атом
Детектор
Энергетический фильтр
![Page 23: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/23.jpg)
Реализация спектрометра Маха-Цендера в ПЭМ Делитель: периодическая
кристаллическая структура Разность фаз: комплексные амплитуды
соответствующих брэгговских рефлексов Кристалл играет роль интерферометра
Маха-Цендера Первый эксперимент: P. Schattschneider, S. Rubino, C. Hebert et al.Nature 441, 486 (2006)
![Page 24: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/24.jpg)
Форимрование изображения и дифракционной картины в ПЭМ
![Page 25: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/25.jpg)
Светлопольное и темнопольное изображения
![Page 26: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/26.jpg)
Устройство ПЭМ с энергетическим фильтром
![Page 27: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/27.jpg)
Условия наблюдения EMCD
L. Calmels, F. Houdellier, B. Warot-Fonrose et al., Phys. Rev. B 76, 060409 (2007)J. Rusz, S. Rubino, P. Schattschneider, Phys. Rev. B 75, 214425 (2007)
II
IIEMCD
I
I
![Page 28: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/28.jpg)
Измерение EMCD
a) трехлучевая дифракционная картинаb) сигнал EMCD
![Page 29: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/29.jpg)
EMCD в просвечивающей
электронной микроскопии
![Page 30: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/30.jpg)
Магнитная микроскопия высокого разрешения
P. Schattschneider, M. Stogger-Pollach, S. Rubino et al.Phys. Rev. B 78, 104413 (2008)
– сумма I++I– – разность I+ –I–
![Page 31: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/31.jpg)
Распределение намагниченности в реальном пространстве
H. Lidbaum, J. Rusz, S. Rubino, Ultramicroscpy 110, 1380 (2010)
EMCD Fe-L3 EMCD Fe-L2
![Page 32: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/32.jpg)
Распределение намагниченности в реальном пространстве
M. Stuger-Pollacha, C.D. Treiber, G.P. Resch et al., Micron 42, 456 (2011)
БактерияMagnetospirillummagnetotacticum
Изображение частиц Сигнал EMCD
![Page 33: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/33.jpg)
Сравнение методов XMCD и EMCDXMCD Возможно изучение
образцов любой структуры
Необходимость иметь синхротронный источник
«Низкое» латеральное разрешение (~10 нм)
EMCD Доступность ПЭМ с
энергетическим фильтром Высокое латеральное
разрешение (~2 нм) Образец должен иметь
кристаллическую структуру на соответствующих масштабах
![Page 34: Рентгеновская и просвечивающая электронная микроскопия магнитных структур](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051001/568143da550346895db06708/html5/thumbnails/34.jpg)
Спасибо за внимание!