Электронная спектроскопия спиновых состояний поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат наук Павлов Александр Валерьевич

• Павлов Александр Валерьевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Павлов Александр Валерьевич

1.3. Экспериментальная установка

1.4. Методика эксперимента

1.5. Теория функционала плотности и её применения

1.6. Определение полярности СаК нанокристаллов на поверхности графена

Глава 2. Температурные эффекты на поверхности кристалла

Ее№3(110)

2.1. Экспериментальные результаты

2.2. Расчёт магнитных свойств поверхности Ее№3(110) с использованием методов теории функционала плотности

2.3. Выводы к главе

Глава 3. Экспериментальное измерение длин спиновых релаксаций в тонких плёнках Pd и ЫЕ

3.1. Механизмы спиновой релаксации

3.2. Экспериментальные результаты

3.3. Рост тонких пленок ЫЕ и Pd на поверхности Ее№3(110)

3.4. Экспериментальное измерение длины спиновой релаксации

для тонких пленок ЫЕ и Pd

3.5. Кинематическая модель релаксации электронов

3.6. Выводы к главе

89

Глава 4. Разработка и создание оборудования для испытания

многоканального детектора Мотта

4.1. Проектирование и разработка

4.2. Испытания и калибровка детектора Мотта

4.3. Выводы к главе

Выводы

Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электронная спектроскопия спиновых состояний поверхности»

Актуальность работы.

В основе процесса развития современной микроэлектроники лежит постоянное уменьшение размеров электронных схем. Одной из самых известных метрик для описания характерных размеров микроэлектронных устройств является техпроцесс. В настоящее время, данный параметр вплотную приближается к фундаментальному пределу, который связан с появлением квантовых эффектов. Дальнейшее увеличение производительности логических микросхем и увеличение ёмкости устройств хранения информации требует применения устройств, работающих на других физических принципах.

Одним из направлений, реализующих такой подход, является бурно развивающаяся область спиновой электроники или спинтроники. Спинтро-ника, в отличие от классической электроники, оперирующей зарядами, предлагает использовать для работы с информацией магнитный момент электрона [1]. Она является перспективной и активно развивающейся областью физики твёрдого тела. В настоящее время ведётся поиск новых спинтронных эффектов и материалов [2].

Оже-электронная спектроскопия с разрешением по спину является мощным и надёжным инструментом, позволяющим отдельно изучать магнитные свойства каждой из подсистем сложной магнитной системы. Так как глубина выхода оже-электронов редко превышает несколько атомных слоёв, данный вид спектроскопии является методом для изучения поверхностного магнетизма и магнетизма двумерных систем на поверхности.

В данной работе представлены результаты экспериментального исследования спиновых состояний поверхности кристалла Ее№3(110) и тонких плёнок на его поверхности. Представлены анализ полученных экспериментальных данных и следующие из него модели изучаемых явлений, осно-

ванные на методах теории функционала плотности и физической кинетики. В последней главе диссертации представлена методика вторично-электронного эксперимента с применением разработанного и испытанного прибора - многоканального детектора Мотта. Полученные результаты представляют фундаментальный и практический интерес. Анализ температурных зависимостей магнитных свойств поверхности Ре№3(110) важен для фундаментального понимания поверхностного магнетизма. Значения длин спиновой релаксации могут быть использованы при разработке новых твердотельных источников и детекторов спин-поляризованных электронов. Новая методика вторично-электронного эксперимента и прибор, созданный с её использованием, повысят эффективность экспериментов, что сократит время регистрации спектров и сделает возможным исследование новых систем.

Целями работы являются:

1. Определение спиновой структуры поверхности Ре№3(110), а так же нанесённых на неё тонких плёнок.

2. Разработка методики проведения эксперимента по вторично-электронной спектроскопии с помощью многоканального детектора Мотта.

Были поставлены следующие задачи:

1. Измерить поляризацию вторичных электронов различных энергий, выходящих из Ре№3(110) в широком диапазоне температур. Систематизировать полученные результаты.

2. Провести расчёт магнитных свойств системы Ре№3(110) с применением теории функционала плотности.

3. Измерить длину спиновой релаксации в плёнках Pd и ЫР на поверхности монокристалла Ре№3(110) для электронов средних энергий. По-

строить модель, описывающую зависимости поляризации от толщины плёнки.

4. Создать новый многоканальный детектор Мотта, провести испытания прибора. Разработать методику спин-поляризованного эксперимента с его использованием.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Впервые систематически исследован и посредством численного анализа объяснён эффект антипараллельного магнитного упорядочения поверхности кристалла Ее№3(110) относительно его объёма вблизи температуры Кюри.

2. Впервые определены длины спиновой релаксации электронов средних энергий для диэлектрика ЫЕ и металла Pd.

3. Создан новый прибор для детектирования поляризации потока электронов - многоканальный детектор Мотта. Разработана методика эксперимента с его использованием.

Практическое значение работы:

1. Эффект антипараллельного магнитного упорядочения поверхности Ее№3 (110) относительно объёма вблизи температуры Кюри может быть использован для создания логических элементов в новых приборах спинтроники.

2. Материалы с существенной длинной свободного пробега относительно спиновой релаксации (Pd и ЫЕ) могут быть использованы в качестве покрытий при создании твердотельных детекторов поляризации [3] и источников поляризованных частиц [4].

3. Новый многоканальный детектор Мотта, благодаря своей эффективности, может быть использован в новых экспериментах по детектированию магнитных эффектов в двумерных системах и на интерфейсах спинтронных систем [5,6].

Апробация результатов работы.

Основные результаты данной работы представлены на конференции с международным участием "Неделя науки СПбПУ"(Санкт-Петербург, 2016, 2017, 2019), международной конференции "Emerging Trends in Applied and Computational Physics (ETACP) 2019"(Санкт-Петербург, 2019), международной конференции ECOSS-33 (Сегед, Венгрия, 2017), международной конференции ECOSS-34 (Орхус, Дания, 2018), международный симпозиум "НАНОФИЗИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА"(Нижний Новгород, 2020), на семинарах кафедры "Экспериментальная физика"СПбПУ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 работ, 6 из них в журналах индексируемых в SCOPUS и/или входящих в список ВАК. Список приведён в конце работы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Эффект антипараллельного магнитного упорядочения поверхностного слоя кристалла относительно его объёма зарегистрирован методом спин-поляризованной электронной спектроскопии. Поляризация вторичных электронов кристалла FeNi3(110) с энергией 35 и 50 эВ меняет знак вблизи температуры Кюри, тогда как для энергий 100 и 250 эВ данный эффект не наблюдается.

2. Возможность антипараллельного магнитного упорядочения поверхностного слоя FeNi3(110) в условиях наличия поверхностной сегрегации подтверждена модельным расчётом с использованием теории функционала плотности.

3. Величины длин спиновой релаксации электронов средних энергий в тонких плёнках ЫЕ в 8-10 раз превышают длины свободного пробега относительно неупругих соударений, а для Pd 2.5-3 раза.

4. Методика проведения эксперимента по вторично-электронной спектроскопии с использованием многоканального классического детектора Мот-та. Использование данного прибора позволило увеличить эффективность проведения эксперимента за счёт измерения спиновой поляризации потока электронов с сохранением информации о пространственной структуре его сечения.

Структура и объём диссертации

Полный объём диссертации составляет 118 страниц, включая 39 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 95 наименований.

Работа выполнена В лаборатории "Поверхностного и двумерного магнетизма" кафедры физики физико-механического института, ФГАОУ ВО "СПбПУ".

Глава 1. Обзор литературы

В главе рассмотрены основные понятия и методики, которые используются в данной диссертации. Рассмотрены основные принципы оже-спектроскопии, дано понятие о поляризованных электронах и способах измерения их поляризации, представлены экспериментальные методики, основанные на вышеизложенных метода, сделан обзор теории функционала плотности и приведён пример её применения автором для анализа макроскопических свойств комплексных систем.

1.1 Электронная оже-спектроскопия

При взаимодействии пучка первичных электронов с поверхностью твёрдого тела в ней протекает множество процессов. Часть процессов приводит к эмиссии вторичных электронов. Анализ спектров вторичных электронов может дать информацию о структурных и химических свойствах поверхности. Существует несколько видов вторично-электронной спектроскопии; одним из них является электронная оже-спектроскопия.

В названной методике анализируются вторичные электроны, возникающие в результате оже-процесса (см. рисунок 1.1). Сам он заключается в следующем. Первичный электрон производит ионизацию внутреннего (остовного) уровня атома твёрдого тела. Для этого энергия первичного электрона (Ер) должна быть больше энергии связи электрона на уровне А (Ед). Так как сечение ионизации атома зависит от энергии первичного электрона Ер, для получения достаточной эффективности процесса нужно, чтобы энергия первичного электрона превосходила энергию связи Ед в несколько (3 - 5) раз. После ионизации электронная подсистема релак-сирует, причём электрон с более высокого уровня В переходит на ранее освободившуюся вакансию на уровне А. Как результат данного процесса возникает избыточная энергия, которая равна разности энергий (Ев — Ед).

Рис. 1.1: Схематическое изображение процессов характеристической рентгеновской флюоресценции (слева) и оже-рекомбинации (справа). Энергия вакуума в данном случае обозначена 0, Еа, Ев , Ее соответствуют энергиям связи электронов на соответствующих уровня А, В и С.

Эта энергия может быть потрачена в одном из двух возможных процессов. Первый процесс заключается в испускании квантов характеристического рентгеновского излучения; второй процесс заключается в передаче энергии электрону, находящемуся на этом же или на более высоком уровне. В результате второго процесса электрон будет обладать энергией, большей энергии связи с атомом, и станет свободным. Первый процесс часто называют рентгеновской флюоресценцией, второй называют оже-эмиссией. Так как эти процессы являются конкурирующими, они не могут происходить с участием одной и той же остовной вакансии. Если вакансия образовалась на К-оболочке атома, то вероятность оже-процесса превышает вероятность испускания характеристического рентгеновского фотона для уровней с энергией связи менее ~ 2 кэВ. Подобные рассуждения можно

провести и для более высоких атомных уровней: Ь, М, N и выше.

Для оже-процесса, показанного на рисунке 1.1 энергия испускаемого электрона оказывается равна:

ЕаЬс = Еа — Еь — Е* (1.1)

Так как испускание оже-электрона происходит из атома, в котором есть вакансия на уровне В, энергия Е* оказывается отлична от энергии связи Ес для невозбужденного атома. Часто говорят, что на явление оже-эмиссии оказывают влияние эффекты конечного состояния, что требует дополнительного внимания при расчёте энергии переходов.

Из вышесказанного, для всех элементов, кроме водорода и гелия, в спектре вторичных электронов присутствуют пики, отвечающие оже-перехо-дам в данном веществе. Следует отметить, что оже-переходы находятся в диапазоне 0-2 кэВ, и энергия оже-электронов не зависит от энергии первичных электронов: единственным условием наблюдения эффекта является возможность первичной ионизации.

Наблюдение химических сдвигов и эффектов конечного состояния в оже-спектрах возможно для широкого круга веществ. Особенности оже-спектров, которые связаны с химическими эффектами в веществе, обычно можно исследовать методами вторичной электронной оже-спектроскопии, где в качестве возбуждения используется поток первичных электронов. Исследование же эффектов конечных состояний требует повышения энергетического разрешения, которое может быть достигнуто, когда в качестве возбуждения используется монохроматическое рентгеновское излучение.

1.2 Потоки поляризованных электронов и способы их детектирования

Магнитные свойства материи определяются моментами количества движения частиц, из которых она состоит. Собственный момент количества движения элементарных частиц получил название спин. Спин вводится в физику как необходимый элемент при решении уравнения Дирака, таким образом он — принципиально квантовая величина, присущая всем элементарным частицам. Так, спин электрона является присущим ему квантовым числом, и для объяснения его природы должны использоваться законы квантовой механики. Абсолютное значение спинового квантового числа для электрона равно |^S | = \JS(S + 1) = V3/2 h, однако при рассмотрении физических явлений часто оказывается удобно говорить о проекции спина на ось квантования (z), которая может принимать значения Sz = +1/ h или —1/2 h. Значение спина электрона определяет его собственный магнитный момент. Он равен магнетону Бора дв = eh/2me, где e, me - заряд и масса электрона. Так как электрон является отрицательно заряженной частицей, его магнитный момент антипараллелен направлению спина.

Потоки электронов, в которых присутствует выделенное направление спина, принято называть поляризованными. Для количественного определения степени поляризации потока используют векторную физическую величину P, называемую вектором поляризации. Вектор поляризации со-направлен со средним спином потока электронов; длина же вектора поляризации называется степенью поляризации или просто поляризацией и определяется по следующей формуле:

N — NT

P = Nt+NT (12)

где N и NT - число электронов со спинами, соответственно, сонаправлен-ными и противоположно направленными к направлению оси квантования. Поляризация потока электронов P меняется в диапазоне —1 < P < 1. В

таком случае неполяризованный поток электронов, для которого Р = 0, может быть представлен как сумма двух полностью поляризованных потоков со спинами, направленными в противоположные стороны.

Для детектирования поляризации электронного пучка, как показано, например, в книге Кесслера [7], нельзя использовать магнит Штерна-Герлаха. В отличии от атомов, для определения поляризации которых обычно используется данный метод, электроны обладают зарядом, и принцип неопределённости в сочетании с силой Лоренца не позволяют разделить пучок на части с разной проекцией спина. По этой причине для детектирования поляризации пучков электронов нужно использовать методы, в основе которых лежит спиновая зависимость процессов рассеяния.

Зависимость амплитуды рассеяния электронов на атомах твердого тела от их спина может возникать из-за двух эффектов: (а) наличия сильного спин-орбитального взаимодействия и (б) из-за наличия магнитного упорядочения в материале мишени или, иными словами, обменного взаимодействия.

Спин-орбитальное взаимодействие возникает в уравнении Дирака при его решении для случая электрона во внешнем электромагнитном поле. Наличие спин-орбитального взаимодействия в системе приводит к тому, что энергия электрона начинает зависеть от скалярного произведения спинового и орбитального моментов импульса. Энергию спин-орбитального взаимодействия можно записать в следующей форме:

Е = ^ (8 • Ь), (1.3)

2т2с2г ¿г v ;' v 7

где У(г) - потенциал, на котором происходит рассеяние, г — расстояние до центра рассеяния, Ь, 8 - орбитальный и спиновый моменты импульса электрона соответственно.

Данная энергия, в случае потенциала вида У(г)гс 1/г, падает при увеличении г быстрее, чем соответствующая энергия Кулоновскому потен-

циалу. Таким образом, энергией спин-орбитального взаимодействия можно пренебречь на больших расстояниях от ядра. Максимальная амплитуда поляризационных эффектов при рассеянии возникает для электронов, спиновый момент импульса которых ориентирован по нормали к плоскости рассеяния. Этот эффект можно объяснить тем, что вектор Ь при движении электрона в центрально-симметричном потенциале направлен по нормали к плоскости рассеяния.

При рассеянии на атомах мишени потока электронов, спин которых не был сонаправлен с плоскостью рассеяния, спин-орбитальное вызывает два существенных эффекта:

1. Возникающее при движении электронов в электростатическом поле атомных ядер магнитное поле ориентирует спиновый момент импульса электронов вдоль поля. Так как магнитное поле равно В к [Е х V], где Е - электрическое поле атомных ядер, V - скорость взаимодействующего электрона, изначально неполяризованный поток электронов приобретает преимущественную ориентацию спинов вдоль оси, перпендикулярной плоскости рассеяния.

2. Так как для электронов с противоположными направлениями спина дифференциальные сечения взаимодействия оказываются различными, для потока электронов с поляризацией, отличной от нуля, возникает асимметрия рассеяния на одинаковые по величине углы 9 и —9.

Дифференциальное сечение рассеяния электронного потока с отличной от нуля поляризацией на центрально-симметричном потенциале приведено, например, в [7]:

а(9,ф) = ао(9)[1 + Р • 8(9)], (1.4)

где ао(9) - сечение для неполяризованного потока электронов, 9 и ф - полярный и азимутальный углы рассеяния, 8(9) - спиновая чувствительность

мишени. 8(0) направлена вдоль нормали к поверхности рассеяния и впервые была теоретически рассчитана для быстрых электронов, рассеивающихся на ядрах атомов золота, Шерманом. Поэтому в литературе 8(0) часто называют функцией Шермана.

В процессе рассеяния потока электронов с поляризацией Р = 1, направленного вдоль нормали к плоскости рассеяния, возникает асимметрия рассеяния, значение которой можно записать как:

^ - N

где N и N - количество электронов в потоке, которые рассеялись на симметричные углы 0 и -0, соответственно.

Для потока электронов, поляризация которого не равна единице Р = 1, направленного по нормали к поверхности рассеяния, Кесслер [7] приводит следующую формулу для асимметрии:

А = Р • 8, (1.6)

где S - функция Шермана, определённая для рассеяния на углы ±0.

Таким образом, в процессах рассеяния становится возможным определять как степень поляризации потока вторичных электронов, так и направление вектора поляризации Р. Это определяется начальной ориентацией вектора поляризации относительно нормали к поверхности рассеяния и выбором углов ±0.

В случае, если поток первичных электронов обладает нулевой поляризацией, в процессе рассеяния на атомах мишени поток становится частично поляризованным. При этом его вектор поляризация Р оказывается направлен вдоль нормали к поверхности рассеяния п, а длина этого вектора оказывается равной функции Шермана S(0):

Р = 8(0) • п, (1.7)

Следовательно, функция Шермана может быть использована для описания двух эффектов, возникающих при рассеянии электронов на атомах: она определяет степень поляризации потока электронов после рассеяния неполяризованного потока и значение асимметрии при рассеянии поляризованного потока. Значение функции Шермана S(0) можно определить путём теоретического расчёта или используя значения полученные в результате независимого эксперимента. При известном значении этой функции становится возможным определить поляризацию потока электронов P = A/S, что используется в детекторах поляризации.

Одним из самых распространённых методов определения поляризации потоков электронов является Моттовское рассеяние на больших энергиях [7]. В приборах, построенных на данном принципе, измеряется асимметрия рассеяния потока электронов с большой энергией на тяжёлых атомах мишени (например, золота) на большие углы. В классических детекторах Мотта поток электронов ускоряется до энергий порядка 100 кэВ, после чего измеряется асимметрия рассеяния на углы ±120°. Детектор Мотта может быть снабжен двумя или четырьмя детекторами, при этом возможно измерение одной или двух проекции вектора поляризации P.

Схема детектора Мотта, который использовался в ходе описанных в данной работе экспериментов, показана на рисунке 1.2.

В данном приборе пучок вторичных электронов попадает внутрь детектора, где ускоряется потенциалом 40 кВ, после чего рассеивается на золотой фольге, установленной в электронно-оптическом центре детектора. Рассеянные на золотой мишени электроны детектируются с помощью PIPS-детекторов (от англ. Passivated Implanted Planar Silicon). Система детектирования работает в режиме счёта электронов, что означает, что сигнал с детекторов после предусиления и дискриминации по амплитуде в виде последовательности импульсов поступает в блок детектирования. Последний осуществляет счёт количества электронов в каналах.

Рис. 1.2: Схематичное изображение детектора Мотта. Метками обозначены (сверху вниз): положение пучка вторичных электронов; фланец стандарта СИОО, находящийся на потенциале земли; внутренняя полусфера, к которой приложен потенциал 40 кВ; Р1Р8-детекторы; золотая фольга; электрический ввод; керамический изолятор; преду-силители, находящиеся под высоким потенциалом; фланец стандарта СЕ63, находящийся под потенциалом 40 кВ. Адаптировано из [8].

В результате спин-орбитального взаимодействия возникает асимметрия рассеяния А, которая может быть рассчитана как разность между сигналами левого (N0 и правого детекторов, разделённая на их сумму:

А = N - ^ N + ^ •

В случае, если поляризация потока электронов отлична от нуля, она может быть найдена по формуле:

р=А-

где 8 - эффективная функция Шермана, которая равна асимметрии, которая должна наблюдаться для полностью поляризованного потока элек-

тронов.

Абсолютную погрешность поляризации в этом случае можно найти

как:

АР = 1

где е - эффективность прибора, N — число электронов, поступивших на вход детектора Мотта.

Для каждого конкретного прибора величину функции Шермана 8, которая связывает между собой экспериментальную асимметрию и абсолютную величину поляризации, можно определить путём независимого измерения или экстраполируя экспериментальные результаты к случаю однократного рассеяния [7].

1.3 Экспериментальная установка

В экспериментах была использована установка на основе сверхвысоковаку-умной системы УСУ-4. Установка состоит из двух камер, расположенных друг над другом. В нижней камере располагается вспомогательное экспериментальное оборудование: насосы, вакууметр, системы напуска газов. В верхней камере располагается основное экспериментальное оборудование (см. рисунок 1.3). Исследуемый образец закреплён на манипуляторе, который позволяет перемещать его в трёх направлениях, а также производить вращение вокруг вертикальной оси. Держатель образца обеспечивает намагничивание и нагрев образца. Намагничивание обеспечивается катушкой, намотанной на одну из граней образца, управление током намагничивания производится с компьютера. Источником первичных электронов является электронная пушка с возможностью изменения энергии пучка первичных электронов Ер от 300 до 1500 эВ и током эмиссии до 1е до 10 мкА. Электронная пушка связана с блоком управления, позволяющим регулировать энергию пучка, его интенсивность, осуществлять отклонение

Рис. 1.3: Схематичное изображение экспериментальной установки и расположенного в ней экспериментального оборудования. Установка выполнена на основе сверхвысокова-куумной системы УСУ-4.

пучка и его фокусировку.

В качестве образца в камере установлен монокристалл Ее№3 (110), вырезанный в форме ромба, стороны которого параллельны осям лёгкого намагничивания. Кристалл Ее№3 обладает гранецентрированной кубической решёткой. Данное вещество является классическим ферромагнетиком со множеством связанных с его магнитной структурой эффектов.

Вторичные электроны, испускаемые образцом, детектировались с помощью спектрометра, разработанного в нашей научной группе. Комплекс

состоит из двухпролётного энергоанализатора типа "цилиндрическое зеркало-[9] и анализатора спиновой поляризации электронов (детектора Мотта) [8, 10]. Управление работой энергоанализатора и сбор данных эксперимента осуществляются компьютером по специально разработанным программам.

1.4 Методика эксперимента

Во время измерения спектров вторичных электронов поверхность кристалла Ре№3(110) была расположена под углом 45° к пучку первичных электронов. Перед измерениями проводилась настройка положения образца таким образом, чтобы источник вторичных электронов находился на электронно-оптической оси энергоанализатора и детектора Мотта. Для этого была проведена серия измерений параметров пика упруго отраженных электронов и найдена оптимальная настройка, при которой амплитуда пика максимальна, а ширина минимальна.

После настройки положения образца проводилась процедура его очистки. Для очистки образец нагревался до температур порядка 1000 К. Также, в случае серьёзных загрязнений и тонких плёнок на поверхности, применялась бомбардировка ионами аргона.

В эксперименте производилось измерение одной проекции поляризации, параллельной направлению намагниченности изучаемой части образца. В ходе измерений в каждом из двух используемых каналов записывалась зависимость числа электронов от их энергии. Энергетический диапазон, значение шага по энергии и время записи спектра вводились в программу, управляющую экспериментом. Энергетический диапазон, как правило, определялся энергией исследуемого оже-пика. Шаг по энергии во всех экспериментах составлял 1 эВ и был выбран исходя из энергетического разрешения анализатора в использованном диапазоне.

Экспериментально измеренная асимметрия рассеяния складывается из "истинной"асимметрии, пропорциональной поляризации пучка, и си-

стематической ошибки, которая связана с неидеальностью условий проведения эксперимента. При обработке экспериментальных данных требуется исключить влияние систематической ошибки. Для этого при снятии спин-разрешённых вторично-электронных спектров данные снимались как для одного направления намагниченности, так и для другого. При таком подходе "истинная"асимметрия, будучи пропорциональной намагниченности, должна менять свой знак, тогда как систематическое отклонение знак не меняет. Таким образом, при одновременной обработке спектров, снятых при разных направлениях намагниченности, становится возможным исключить систематическую ошибку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Павлов Александр Валерьевич, 2022 год

Список литературы

[1] Xu Yongbing, Awschalom David, Nitta Junsaku. Handbook of spintronics. — Springer Netherlands, 2016.

[2] ZutiC Igor, Fabian Jaroslav, Sarma S Das. Spintronics: Fundamentals and applications // Reviews of modern physics. — 2004. — Vol. 76, no. 2. — P. 323.

[3] Optical detection of spin-filter effect for electron spin polarimetry / Li X, Tereshchenko OE, Majee S, Lampel G, Lassailly Y, Paget D, and Peretti J // Applied Physics Letters. — 2014. — Vol. 105, no. 5. — P. 052402.

[4] Spin polarized low-energy positron source / Petrov VN, Samarin SN, Sudarshan K, Pravica Luka, Guagliardo Paul, and Williams JF // Journal of Physics: Conference Series. — 2015.— Vol. 618, no. 1. —P. 012043.

[5] Strocov Vladimir N, Petrov Vladimir N et al. Concept of a multichannel spin-resolving electron analyzer based on Mott scattering // Journal of synchrotron radiation. — 2015.—Vol. 22, no. 3. —P. 708-716.

[6] Cancellieri Claudia, Strocov Vladimir N. Spectroscopy of Complex Oxide Interfaces. — Springer, 2018.

[7] Kessler Joachim. Polarized electrons. — Springer Science & Business Media, 1985.—Vol. 1.

[8] New compact classical 40 kV Mott polarimeter / Petrov VN, Grebenshikov VV, Grachev BD, and Kamochkin AS // Review of scientific instruments. —2003. —Vol. 74, no. 3. —P. 1278-1281.

[9] Electron-optical systems for Mott polarimeters / Fishkova T Ya, Mamaev Yu A, Ovsyannikova IP, Petrov VN, and Shpak EV // Nuclear

Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 1994. — Vol. 348, no. 1. —P. 56-60.

[10] Petrov VN, Galaktionov MS, Kamochkin AS. Comparative tests of conventional and retarding-potential Mott polarimeters // Review of Scientific Instruments. —2001. —Vol. 72, no. 9. —P. 3728-3730.

[11] Hohenberg Pierre, Kohn Walter. Inhomogeneous electron gas // Phys. Rev. —1964. —Vol. 136, no. 3B. — P. B864.

[12] Kohn Walter, Sham Lu Jeu. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. — 1965. — Vol. 140, no. 4A. — P. A1133.

[13] Киттель Чарлз. Квантовая теория твёрдых тел. — Рипол Классик, 2013.

[14] Mahan GD. Many-Particle Physics 3rd Ed. —2000.

[15] Perdew John P. S Burke and M Ernzerhof Phys // Phys. Rev. Lett. — 1996.—Vol. 77. —P. 3865.

[16] Zhang Yingkai, Yang Weitao. Comment on "Generalized gradient approximation made simple" // Physical Review Letters. — 1998. — Vol. 80, no. 4. —P. 890.

[17] Blochl Peter E, Forst Clemens J, Schimpl Johannes. Projector augmented wave method: ab initio molecular dynamics with full wave functions // Bulletin of Materials Science. — 2003.—Vol. 26, no. 1. —P. 33-41.

[18] Kresse Georg, Joubert Daniel. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. — 1999. — Vol. 59, no. 3. —P. 1758.

[19] Blochl Peter E. Projector augmented-wave method // Physical review B. — 1994.—Vol. 50, no. 24. —P. 17953.

[20] Dal Corso Andrea. Projector augmented-wave method: Application to relativistic spin-density functional theory // Physical Review B. — 2010. — Vol. 82, no. 7. —P. 075116.

[21] Crystal polarity discrimination in GaN nanowires on graphene / Pavlov Alexander, Mozharov Alexey, Berdnikov Yury, Barbier Camille, Harmand Jean-Christophe, Tchernycheva Maria, Polozkov Roman, and Mukhin Ivan // Journal of Materials Chemistry C. — 2021. — Vol. 9, no. 31. —P. 9997-10004.

[22] DFT analysis of crystal polarity on graphene surface / Pavlov Alexander, Mozharov Alexey, Berdnikov Yury, Barbier Camille, Harmand JeanChristophe, Tchernycheva Maria, Polozkov Roman, and Mukhin Ivan // Journal of Physics: Conference Series. — 2021. — Vol. 2015, no. 1. — P. 012105.

[23] Morkoc Hadis. Handbook of Nitride Semiconductors and Devices, Electronic and Optical Processes in Nitrides. — John Wiley & Sons, 2009. — Vol. 2.

[24] Catalyst-free InGaN/GaN nanowire light emitting diodes grown on (001) silicon by molecular beam epitaxy / Guo Wei, Zhang Meng, Banerjee Animesh, and Bhattacharya Pallab // Nano Lett. — 2010. — Vol. 10, no. 9. —P. 3355-3359.

[25] GaN nanowire light emitting diodes based on templated and scalable nanowire growth process / Hersee SD, Fairchild M, Rishinaramangalam AK, Ferdous MS, Zhang L, Varangis PM,

Swartzentruber BS, and Talin AA // Electron. Lett. — 2009. — Vol. 45, no. 1. —P. 75-76.

[26] Tian Bozhi, Kempa Thomas J, Lieber Charles M. Single nanowire photovoltaics // Chem. Soc. Rev. — 2009.— Vol. 38, no. 1. —P. 16-24.

[27] Vertically aligned p-type single-crystalline GaN nanorod arrays on n-type Si for heterojunction photovoltaic cells / Tang YB, Chen ZH, Song HS, Lee CS, Cong HT, Cheng HM, Zhang WJ, Bello I, and Lee ST // Nano Lett. —2008. —Vol. 8, no. 12. —P. 4191-4195.

[28] Numerical modeling of photovoltaic efficiency of n-type GaN nanowires on p-type Si heterojunction / Mozharov A, Bolshakov A, Cirlin G, and Mukhin I // Phys. Status Solidi RRL. — 2015. — Vol. 9, no. 9. — P. 507510.

[29] Electron beam induced current microscopy investigation of GaN nanowire arrays grown on Si substrates / Neplokh Vladimir, Ali Ahmed, Julien Francois H, Foldyna Martin, Mukhin Ivan, Cirlin George, Harmand Jean-Christophe, Gogneau Noelle, and Tchernycheva Maria // Mater. Sci. Semicond. Process.— 2016.— Vol. 55. —P. 72-78.

[30] Study of SiC buffer layer thickness influence on photovoltaic properties of n-GaN NWs/SiC/p-Si heterostructure / Shugurov K Yu, Reznik RR, Mozharov AM, Kotlyar KP, Koval O Yu, Osipov AV, Fedorov VV, Shtrom IV, Bolshakov AD, Kukushkin SA, et al. // Mater. Sci. Semicond. Process. —2019. —Vol. 90. —P. 20-25.

[31] Ultraviolet photodetector based on GaN/AlN quantum disks in a single nanowire / Rigutti Lorenzo, Tchernycheva Maria, De Luna Bugallo A, Jacopin G, Julien FH, Zagonel Luiz Fernando, March K, Stephan O,

Kociak Mathieu, and Songmuang Rudeesun // Nano Lett. — 2010. — Vol. 10, no. 8. —P. 2939-2943.

[32] Room-temperature photodetection dynamics of single GaN nanowires / Gonzalez-Posada F, Songmuang Rudeesun, Den Hertog Martien, and Monroy E // Nano Lett. — 2012.— Vol. 12, no. 1. —P. 172-176.

[33] Piezo-generator integrating a vertical array of GaN nanowires / Jamond Nicolas, Chretien Pascal, Houze Frederic, Lu Lu, Largeau L, Maugain O, Travers Laurent, Harmand Jean-Christophe, Glas Frank, Lefeuvre E, et al. // Nanotechnology. — 2016. — Vol. 27, no. 32. — P. 325403.

[34] From single III-nitride nanowires to piezoelectric generators: New route for powering nomad electronics / Gogneau Noelle, Jamond Nicolas, Chretien Pascal, Houze Frederic, Lefeuvre Elie, and Tchernycheva M // Semicond. Sci. Technol. — 2016.— Vol. 31, no. 10. —P. 103002.

[35] Probing elastic properties of nanowire-based structures / Lu L, Charron E, Glushkov E, Glushkova N, Bonello B, Julien FH, Gogneau N, Tchernycheva M, and Boyko O // Appl. Phys. Lett. — 2018. — Vol. 113, no. 16. —P. 161903.

[36] Electronic structure calculations with GPAW: a real-space implementation of the projector augmented-wave method / Enkovaara JE, Rostgaard Carsten, Mortensen J J0rgen, Chen Jingzhe, Dulak M, Ferrighi Lara, Gavnholt Jeppe, Glinsvad Christian, Haikola V, Hansen HA, et al. //J. Phys. Condens. Matter. — 2010.— Vol. 22, no. 25. —P. 253202.

[37] The atomic simulation environment—a Python library for working with atoms / Larsen Ask Hjorth, Mortensen Jens J0rgen, Blomqvist Jakob, Castelli Ivano E, Christensen Rune, Dulak Marcin, Friis Jesper,

Groves Michael N, Hammer Bj0rk, Hargus Cory, et al. //J. Phys. Condens. Matter.— 2017.— Vol. 29, no. 27.— P. 273002.

[38] Nocedal Jorge, Wright Stephen. Numerical optimization. — Springer Science & Business Media, 2006.

[39] Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation / Perdew John P, Chevary John A, Vosko Sy H, Jackson Koblar A, Pederson Mark R, Singh Dig J, and Fiolhais Carlos // Phys. Rev. B. — 1992. — Vol. 46, no. 11. —P. 6671.

[40] Monkhorst Hendrik J, Pack James D. Special points for Brillouin-zone integrations // Physical review B. — 1976.— Vol. 13, no. 12.— P. 5188.

[41] de Brito Mota F, Justo JF, Fazzio A. Structural properties of amorphous silicon nitride // Phys. Rev B. — 1998.—Vol. 58, no. 13. —P. 8323.

[42] Tang W, Sanville E, Henkelman G. A grid-based Bader analysis algorithm without lattice bias //J. Phys. Condens. Matter. — 2009. — Vol. 21, no. 8. —P. 084204.

[43] Improved grid-based algorithm for Bader charge allocation / Sanville Edward, Kenny Steven D, Smith Roger, and Henkelman Graeme //J. Comput. Chem. — 2007. — Vol. 28, no. 5. — P. 899-908.

[44] Henkelman Graeme, Arnaldsson Andri, Jonsson Hannes. A fast and robust algorithm for Bader decomposition of charge density // Comput. Mater. Sci. —2006.—Vol. 36, no. 3. —P. 354-360.

[45] Observation of distinct bulk and surface chemical environments in a topological insulator under magnetic doping / Vobornik Ivana,

Panaccione Giancarlo, Fujii Jun, Zhu Zhi-Huai, Offi Francesco, Salles Benjamin R, Borgatti Francesco, Torelli Piero, Rueff Jean Pascal, Ceolin Denis, et al. // The Journal of Physical Chemistry C. — 2014. — Vol. 118, no. 23. —P. 12333-12339.

[46] Complex trend of magnetic order in Fe clusters on 4d transition-metal surfaces. I. Experimental evidence and Monte Carlo simulations / Sessi V, Otte F, Krotzky S, Tieg C, Wasniowska M, Ferriani P, Heinze S, Honolka J, and Kern K // Physical Review B. — 2014.— Vol. 89, no. 20. —P. 205425.

[47] Wide band gap ferromagnetic semiconductors and oxides / Pearton SJ, Abernathy CR, Overberg ME, Thaler GT, Norton DP, Theodoropoulou N, Hebard AF, Park YD, Ren F, Kim J, et al. // Journal of Applied Physics. — 2003.—Vol. 93, no. 1. —P. 1-13.

[48] Iron on GaN (0001) pseudo-1x1(1+ 1/12) investigated by scanning tunneling microscopy and first-principles theory / Lin Wenzhi, Mandru Andrada-Oana, Smith Arthur R, Takeuchi Noboru, and Al-Brithen Hamad AH // Applied Physics Letters. — 2014. — Vol. 104, no. 17. —P. 171607.

[49] Magnetic properties of bcc-Fe (001)/C60 interfaces for organic spintronics / Tran T Lan Anh, Cakir Deniz, Wong PK Johnny, Preobrajenski Alexei B, Brocks Geert, van der Wiel Wilfred G, and de Jong Michel P // ACS applied materials & interfaces. — 2013.— Vol. 5, no. 3. —P. 837-841.

[50] First-principles study of an iron-based molecule grafted on graphene / Reserbat-Plantey Antoine, Gava Paola, Bendiab Nedjma, and Saitta AM // EPL (Europhysics Letters). — 2011. — Vol. 96, no. 5.— P. 57001.

[51] Nogues Josep, Schuller Ivan K. Exchange bias // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 1999.— Vol. 192, no. 2.— P. 203-232.

[52] Stamps RL. Mechanisms for exchange bias // Journal of Physics D: Applied Physics. —2001.—Vol. 34, no. 3. —P. 444.

[53] Giant magnetoresistance of (001) Fe/(001) Cr magnetic superlattices / Baibich Mario Norberto, Broto Jean Marc, Fert Albert, Van Dau F Nguyen, Petroff Frederic, Etienne P, Creuzet G, Friederich A, and Chazelas J // Physical review letters. — 1988.— Vol. 61, no. 21. —P. 2472.

[54] Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange / Binasch Griinberg, Griinberg Peter, Saurenbach F, and Zinn W // Physical review B. — 1989.—Vol. 39, no. 7. —P. 4828.

[55] Ravlic R, Bode M, Wiesendanger R. Correlation of structural and local electronic and magnetic properties of Fe/Cr (001) studied by spin-polarized scanning tunnelling microscopy // Journal of Physics: Condensed Matter. —2003. —Vol. 15, no. 34. —P. S2513.

[56] Surface alloy formation of Fe on Cr (100) studied by scanning tunneling microscopy / Choi YJ, Jeong IC, Park J-Y, Kahng S-J, Lee Jhinhwan, and Kuk Y // Physical Review B. — 1999.— Vol. 59, no. 16. —P. 10918.

[57] Cullity Bernard Dennis, Graham Chad D. Introduction to magnetic materials. — John Wiley & Sons, 2011.

[58] Device for wideband ratio pyrometry / Kneschaurek EV, Pavlov AV, Rjabow RW, and Ustinov AB // Journal of Physics: Conference Series.— 2019.—Vol. 1236, no. 1. —P. 012037.

[59] Temperature-dependent surface magnetization of studied by spin-resolved appearance potential spectroscopy / Reinmuth J, Donath M, Passek F, and Petrov VN // Journal of Physics: Condensed Matter. — 1998. — Vol. 10, no. 18. —P. 4027.

[60] Siegmann HC. Surface and 2D magnetism // Journal of Physics: Condensed Matter. — 1992.— Vol. 4, no. 44. —P. 8395.

[61] Vasiliev MA, Gorodetsky SD. Composition and dynamical characteristics of the surface of single crystals FeNi3 (100),(110),(111) // Surface Science. —1986. —Vol. 171, no. 3. —P. 543-554.

[62] Seah M Pl, Dench WA. Quantitative electron spectroscopy of surfaces: A standard data base for electron inelastic mean free paths in solids // Surface and interface analysis. — 1979.— Vol. 1, no. 1. —P. 2-11.

[63] Interface formation for a ferromagnetic/antiferromagnetic bilayer system studied by scanning tunneling microscopy and first-principles theory / Mandru Andrada-Oana, Pak Jeongihm, Smith Arthur R, Guerrero-Sanchez Jonathan, and Takeuchi Noboru // Physical Review B. —2015.— Vol. 91, no. 9. —P. 094433.

[64] Guerrero-Sánchez J, Takeuchi Noboru. Antiferromagnetic MnN layer on the MnGa (001) surface // Applied Surface Science. — 2016.— Vol. 390.— P. 328-332.

[65] Albertsen J.F., Jensen G.B., Knudsen J.M. Structure of taenite in two iron meterorites // Nature (London). — 1978.— Vol. 273. —P. 453-454.

[66] Ng S.C., Brockhouse B.N., Hallman E.D. Characterization of large alloy single crystals by neutron diffraction // Materials Research Bulletin. — 1967.—Vol. 2. —P. 69-73.

[67] Connetable Damien, Mathon Muriel, Lacaze Jacques. First principle energies of binary and ternary phases of the Fe-Nb-Ni-Cr system // Comouter coupling of phase diagrams and thermochemistry. — 2011. — Vol. 35. —P. 588-593.

[68] Lutts A., Gielen P.M. The order-disorder transformation in FeNi3 // Physica Status Solidi. — 1970.— Vol. 41. —P. K81-K84.

[69] Fu Yuhao, Singh David J. Density functional methods for the magnetism of transition metals: SCAN in relation to other functionals // Physical Review B. — 2019.—Vol. 100, no. 4. —P. 045126.

[70] Sholl David, Steckel Janice A. Density functional theory: a practical introduction. — John Wiley & Sons, 2011.

[71] Elliott R _ J. Theory of the effect of spin-orbit coupling on magnetic resonance in some semiconductors // Physical Review. — 1954.— Vol. 96, no. 2. —P. 266.

[72] Pikus GE, Titkov AN. Spin relaxation under optical orientation in semiconductors // Optical Orientation. — 1984.— Vol. 8. —P. 73-131.

[73] Dyakonov MI, Perel VI. Spin relaxation of conduction electrons in noncentrosymmetric semiconductors // Soviet Physics Solid State, Ussr. — 1972.—Vol. 13, no. 12. —P. 3023-3026.

[74] Huertas-Hernando Daniel, Guinea F, Brataas Arne. Spin-orbit-mediated spin relaxation in graphene // Physical review letters. — 2009.—Vol. 103, no. 14. —P. 146801.

[75] Spin relaxation in InAs nanowires studied by tunable weak antilocalization / Hansen AE, Bjork MT, Fasth Carina, Thelander Claes,

and Samuelson Lars // Physical Review B. — 2005. — Vol. 71, no. 20.— P. 205328.

[76] Observation of extremely long spin relaxation times in an organic nanowire spin valve / Pramanik S, Stefanita C-G, Patibandla S, Bandyopadhyay S, Garre K, Harth N, and Cahay M // Nature nanotechnology. — 2007. — Vol. 2, no. 4. —P. 216-219.

[77] Direct measurement of spin-dependent conduction-electron mean free paths in ferromagnetic metals / Gurney Bruce A, Speriosu Virgil S, Nozieres Jean-Pierre, Lefakis Harry, Wilhoit Dennis R, and Need Omar U // Physical review letters. — 1993. — Vol. 71, no. 24.— P. 4023.

[78] Pierce DT, Siegmann HC. Hot-electron scattering length by measurement of spin polarization // Physical Review B. — 1974. — Vol. 9, no. 10. — P. 4035.

[79] Campbell DS, Stirland DJ, Blackburn H. A study of the structure of evaporated lithium fluoride // Philosophical Magazine. — 1962. — Vol. 7, no. 79. —P. 1099-1116.

[80] Ion-induced kinetic electron emission from 6LiF, 7LiF and MgF2 thin films / Ullah S, Dogar AH, Ashraf M, and Qayyum A // Chinese Physics B. — 2010.—Vol. 19, no. 8. —P. 083401.

[81] Jensen Kevin L. Introduction to the physics of electron emission. — John Wiley & Sons, 2017.

[82] Бронштейн Иоганн Моисеевич, Фрайман Борис Соломонович. Вторичная электронная эмиссия. — Наука, 1969.

[83] Pavlov Alexander, Ustinov Alexander, Petrov Vladimir. Spin relaxation length for medium energy electrons in Pd and LiF ultrathin films // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. — 2018. — Vol. 223.— P. 62-66.

[84] Hovington Pierre, Drouin Dominique, Gauvin Raynald. CASINO: A new Monte Carlo code in C language for electron beam interaction—Part I: Description of the program // Scanning. — 1997.— Vol. 19, no. 1. —P. 114.

[85] Drouin D. CASINO a powerful simulation tool for cathodoluminescence applications // Microscopy and Microanalysis. — 2006. — Vol. 12, no. S02. — P. 1512-1513.

[86] CASINO V2. 42—a fast and easy-to-use modeling tool for scanning electron microscopy and microanalysis users / Drouin Dominique, Couture Alexandre Real, Joly Dany, Tastet Xavier, Aimez Vincent, and Gauvin Raynald // Scanning: The Journal of Scanning Microscopies. — 2007.—Vol. 29, no. 3. —P. 92-101.

[87] Three-dimensional electron microscopy simulation with the CASINO Monte Carlo software / Demers Hendrix, Poirier-Demers Nicolas, Couture Alexandre Real, Joly Dany, Guilmain Marc, de Jonge Niels, and Drouin Dominique // Scanning. — 2011.—Vol. 33, no. 3. —P. 135-146.

[88] Kirschner J, Rebenstorff D, Ibach H. High-resolution spin-polarized electron-energy-loss spectroscopy and the stoner excitation spectrum in nickel // Physical review letters. — 1984. — Vol. 53, no. 7. — P. 698.

[89] Two-step disordering of perpendicularly magnetized ultrathin films / Vaterlaus A, Stamm C, Maier U, Pini MG, Politi P, and Pescia D // Physical review letters. — 2000.— Vol. 84, no. 10. —P. 2247.

[90] Disentanglement of surface and bulk Rashba spin splittings in noncentrosymmetric BiTel / Landolt Gabriel, Eremeev Sergey V, Koroteev Yury M, Slomski Bartosz, Muff Stefan, Neupert Titus, Kobayashi Masaki, Strocov Vladimir N, Schmitt Thorsten, Aliev Ziya S, et al. // Physical review letters.— 2012.— Vol. 109, no. 11.— P. 116403.

[91] Spin structure of the Shockley surface state on Au (111) / Hoesch Moritz, Muntwiler M, Petrov VN, Hengsberger M, Patthey L, Shi M, Falub M, Greber T, and Osterwalder J // Physical Review B. — 2004. — Vol. 69, no. 24. —P. 241401.

[92] Hasan M Zahid, Kane Charles L. Colloquium: topological insulators // Reviews of modern physics. — 2010.— Vol. 82, no. 4.— P. 3045.

[93] Schonhense G. Angular dependence of the polarization of photoelectrons ejected by plane-polarized radiation from argon and xenon atoms // Physical Review Letters. — 1980.— Vol. 44, no. 10. —P. 640.

[94] Шикин Александр Михайлович. Взаимодейстаие фотонов и электронов с твёрдым телом. —BBM, 2008.

[95] Spin-polarized Fermi surface mapping / Hoesch M, Greber T, Petrov VN, Muntwiler M, Hengsberger M, Auwarter W, and Osterwalder J // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. — 2002.— Vol. 124, no. 2-3. —P. 263-279.