بخشی از مقاله
چکیده
با تکنیک طیف سنجی افت انرژی الکترون بازتابی - - REELS، در انرژی کم میتوان خواص الکترونیکی لایههای نازک و نانو ساختارها و ساختار الکترونی سطح را تعیین کرد. ما در این مقاله، را با استفاده از سطح مقطع ناکشسان تجربی REELS به دست آمده به روش توگارد -چورکن دورف، تابع دی الکتریک تیتانیت استرانسیم با روش یوبرو- توگارد تعیین میکنیم . ما مشاهده میکنیم که بین سطح مقطع تئوری و تجربی در انرژی 1423 و زاویهی ورودی و خروجی35 0،15 0 توافق خوبی وجود دارد.
علاوه بر این ما توزیع زاویهای پارامتر تحریک پذیری سطح برای این بلور را در انرژیهای 1000، 1423، 2000، 2500و 3000 تعیین نمودهایم. در این راستا از تعریف پائولی و توگارد، که به عنوان تغییر در احتمال تحریک پذیری یک الکترون که بواسطه حضور سطح در مقایسه با الکترون در حال حرکت در محیط نیمه بینهایت است، استفاده کردهایم. محاسبه این پارامتر بر پایهی سطح مقطح پاشندگی ناکشسان دیفرانسیلی الکترون، بهدست آمده از نرم افزار QUEELS که برای طیف افت انرژی الکترون بازتابی معتبر است، میباشد.
مقدمه
در دههی گذشته کاربرد وسیع تیتانیت استرانسیم - - SrTiO3 در تکنولوژی، توجه بسیاری را به خود معطوف داشته است. برای مثال به عنوان بستر یا زیر لایه برای رشد فیلمهای نازک و همچنین به عنوان بلور مناسب گیت دی الکتریک در وسایل با پایهی سیلیکون به کار میرود.[1] همچنین این ساختار به عنوان مواد دی الکتریک در خازنها، رساناهای یونی اکسیژنی در حسگرها و مواد
پیزوالکتریک در محرکها استفاده میشودSrTiO3 .[2] دارای ساختار پروسکایت ABO3 است که ساختارش در دمای اتاق مکعبی است ودر دمای زیر 105Kبه ساختار تتراگونال تبدیل می- شود.[3] ویژگیهای دی الکتریک این بلور با استفاده از طیف سنجی افت انرژی الکترون عبوری - TEELS - اندازهگیری شده است.
Fabien و همکارانش [4] با استفاده از روش Tougaard-Chorkendorff سطح مقطع پاشندگی ناکشسان منفرد تجربی SrTiO3 را با اصلاح اثر پاشندگی چندگانه در طیف تجربی REELS بهدست آوردند. آنها با استفاده از مدلی نظری سطح مقطع پاشندگی منفرد را به صورت ترکیب خطی از تابع افت انرژی توده - Im - 1 و تابع افت انرژی سطح - Im - 1 1 در نظر گرفتند. این تابع از بسط نوسانگرهای Drude-Loranz به- دست میآید.
در این مقاله، سطح مقطع نظری را با استفاده از روش ارائه شده توسط [5] Tougaard-Yubero - YT - بهدست می-آوریم، سپس با مقایسهی آن با سطح مقطع تجربی تعیین شده به روش Tougaard-Chorkendorff ، تابع دی الکتریک رامحاسبه کرده ودر نهایت پارامتر تحریک پذیری سطح را با استفاده از روشPaully -Tougaard بهدست میآوریم.[6] تئوری تعیین سطح مقطع پاشندگی ناکشسان الکترون از طیف افت انرژی الکترون بازتابی پرتویی از الکترون با انرژی E0 به سطح برخورد کرده و توزیع انرژی اندازهگیری میشود.
فرض میشود که نمونه همگن است و همین طورفرض میشود که احتمال برای افت انرژی T به ازای طول مسیر واحد و به ازای افت انرژی واحد تابعی ثابت ازT است و مستقل از عمق واقعی زیر سطح جامد است. همچنین فرض میشود که برای طول مسیرهای R 3 توزیع طول مسیر R به صورت تابع نمایی exp - -R/L - است که طول واپاشی L می- تواند مثبت یا منفی باشد. سطح مقطع ناکشسان الکترون تجربی از طیف تجربی REELS به صورت زیر تعیین میشود.
تعیین تابع افت انرژی و سطح مقطع پاشندگی ناکشسان نظری از مدل پاسخ تابع دی الکتریک اگر تابع افت انرژی - ELF - شناخته شده باشد سطح مقطع پاشندگی ناکشسان نظری Kth برای همهی الکترونهای REELS بر مبنای آزمایشات REELS قابل محاسبه است. که در اینجا E0 انرژی اولیه الکترون و E افت انرژی توسط یک الکترون در پاشندگی ناکشسان است. تابع افت انرژی برحسب نوسانگرهای نوع Drude-Lindhard بسط داده میشود.
روش کار چنین است که ابتدا با استفاده از سطح مقطع ناکشسان تجربی تعیینشده، پارامترهای معادلهی - 3 - را به دست آورده و به عنوان تابع آزمایشی در محاسبهی Kth استفاده میشود. سطح مقطع پاشندگی ناکشسان موثر K eff برای الکترون منفرد REELS بر اساس تابعی با انرژی اولیه E0 ، تایع دی الکتریک سیستم - - k, ، x0 بیشینهی عمقی که الکترون قبل از پاشندگی کشسان طی میکند، i زاویهی ورودی و o زاویهی خروجی الکترون نسبت به عمود به سطح است، که توسط [7]Yubero-Tougaard محاسبه شده است.
پارامتر تحریک پذیری سطح - SEP - چندین تعریف برای SEP وجود دارد که ما در اینجا از تعریف ارائه شده توسط Paully وTougaard استفاده میکنیم. تحریک پذیری سطح توسط عبور الکترون از خلأ به جامد وبالعکس ایجاد میشود ودر حالت کلی تحریک پذیری، به عنوان احتمال تحریک پذیری سطح SEP یا - Ps - E, بیان میشود ومیانگین تحریک پذیری الکترون با انرژی E وقتی که یک بار از سطح در زاویه نسبت به عمود بر سطح عبور میکند، است. در اینجا ما SEP را از سطوح مقطع دیفرانسیلی پاشندگی ناکشسان محاسبه شده برای REELS با نرم افزار QUEELS و- - QUEELS- - k, REELS محاسبه میکنیم. از رابطهی زیر مسافت آزاد میانگین ناکشسان بهدست میآید.
