Моделирование электронной структуры и спектральных характеристик тонких пленок по методу линеаризованных присоединенных плоских волн
Диссертация
Наиболее мощными и эффективными средствами экспериментального исследования электронной структуры твердых тел являются методы рентгеновской эмиссионной и фотоэлектронной спектроскопии, позволяющие сделать численную оценку энергетической протяженности валентной зоны и локализации парциальных состояний относительно уровня Ферми. Известно, что наблюдаемая тонкая структура этих спектров весьма хорошо… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОННАЯКТУРА МЕТАЛЛООКСИДОВ Т1-Ва-Са-Си-0 И Hg-Ba-Ca-Cu-O ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАННЫМ
- 1. 1. Кристаллическая структура
- 1. 1. 1. Соединения Tl2Ba2Can. iCun02n+4 (п=1, 2, 3)
- 1. 1. 2. Соединения HgBa2Can-iCun02n+2+j- «
- 1. 1. 2. 1. Зависимость кристаллической структуры и Тс от уровня легирования и внешнего давления
- 1. 1. Кристаллическая структура
- 1. 2. Особенности электронного строения систем Т1-Ва-Са-Си-0 и Hg-Ba-Ca-Cu
- 1. 2. 1. Зонная структура и плотность состояний
- 1. 2. 1. 1. Соединения ТЫЗагСагиСищОгпм
- 1. 2. 1. 2. Соединения HgBa2Can-iCun02n+
- 1. 2. 2. Рентгеновские эмиссионные спектры
- 1. 2. 3. Фотоэлектронные спектры
- 1. 2. 1. Зонная структура и плотность состояний
- 2. 1. Теория функционала плотности
- 2. 2. Особенности зонной задачи для кристаллических поверхностей
- 2. 3. Формализм пленочного метода ЛППВ
- 2. 3. 1. Моделирование пленочного потенциала
- 2. 3. 2. Базисные функции метода
- 2. 3. 3. Алгоритм зонного расчета по методу ЛППВ
- 3. 1. Модель для расчета рентгеновских эмиссионных спектров тонких пленок
- 3. 1. 1. Основы метода рентгеновской эмиссионной спектроскопии
- 3. 1. 2. Формализованное описание модели
- 3. 2. Модель для расчета фотоэлектронных спектров тонких пленок
- 3. 2. 1. Основы метода фотоэлектронной спектроскопии
- 3. 2. 2. Формализованное описание модели
- 3. 3. Учет факторов уширения спектров
- 3. 4. Практическая реализация моделей
- 3. 4. 1. Алгоритмы моделирования рентгеновских эмиссионных и фотоэлектронных спектров пленок по методу ЛППВ
- 3. 4. 2. Программная реализация
- 3. 4. 2. 1. Вычисление сферических функций и их производных
- 3. 4. 2. 2. Вычисление З^символов Вигнера
- 3. 4. 2. 3. Вычисление фаз рассеяния
- 3. 4. 2. 4. Вычисление производной потенциала
- 4. 1. Детали расчета
- 4. 2. Плотность электронных состояний
- 4. 2. 1. Пленки Tl2Ba2Can-iCun02ll+
- 4. 2. 2. Пленки HgBa2Can. iCun02n+
- 4. 3. Рентгеновские эмиссионные спектры
- 4. 3. 1. Пленки Tl2Ba2Can-iCun02n
- 4. 3. 2. Пленки HgBa2CaniCun02n±2.ЮЗ
- 4. 4. Фотоэлектронные спектры
- 4. 4. 1. Пленки ТЬВагСа^СицОгп-м. Ю
- 4. 4. 2. Пленки HgBa2Can. iCua02n+2 .ПО
- 4. 4. 3. Сопоставление теоретических фотоэлектронных спектров с экспериментальными данными
- 4. 5. Влияние внешнего давления на электронную структуру пленки HgBa2Ca2Cu30g
- 4. 5. 1. Плотность электронных состояний
- 4. 5. 2. Рентгеновские эмиссионные спектры
- 4. 5. 3. Фотоэлектронные спектры
Список литературы
- Малоземофф А.П., Галлахер, Шволл Р.Е. Применение высокотемпера-, турной сверхпроводимости. — В кн.: Высокотемпературные сверхпроводники / Под ред. Д. Нелсона, М. Уиттинхема, Т. Джорджа. — М.: Мир. -1988.-С. 356−391.
- Ivanov Zdravko G., Johansson Lars-Gunnar Thallium- and mercury-containing cuprates in electronic devices // Supercond. Sci. Technol. 1997. -V. 10. — P. 896−900.
- Изюмов Ю.А. Сильно коррелированные электроны: t-J модель // УФН. -1997. — Т. 167, № 5. — С. 465−497.
- Локтев В.М. Механизмы высокотемпературной сверхлро-водимости медных оксидов // ФНТ. 1996. — Т. 22, № 1. — С. 3−42.
- Гинзбург В.Л., Максимов Е. Г. О возможных механизмах высокотемпературной сверхпроводимости // СФХТ. 1992. — Т. 5, № 9. — С. 1543−1596.
- Sherman A. Magnetic transitions and superconductivity in the t-J model // Phys. Rev. B. 1997. — V. 55, № 1. — p. 582−590.
- Maska M. Antiferromagnetism and pairing in strongly correlated systems 11 Phys. Rev. B. 1997. — V. 55, № 6. — P. 3943−3953.
- Ishihara S., Egami Т., Tachiki M. Electron lattice interaction in cuprates: Effect of electron correlation I J Phys. Rev. B. — 1997. — V. 55, № 5. — P. 31 633 172.
- Давыдов А.С. Высокотемпературная сверхпроводимость керамических соединений и бисолитонная модель. В кн.: Физические проблемы высокотемпературной сверхпроводимости / Под ред. В. М. Локтева. — Киев: Наук, думка. — 1990. — С. 134−147.
- Немошкстенко В.В., Алешин В. Г. Теоретические основы рентгеновской эмиссионной спектроскопии. Киев: Наук. думка.-1974.- 384 с.
- Вертхайм Г. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия твердых тел. В кн.: Электронная и ионная спектроскопия твердых тел / Под ред. JI. Фирмэнса, Дж. Вэнника, В. Декейсера. — М.: Мир. -1981. — С. 195−235.
- Майзель А., Леонхард Г., Сарган Р. Рентгеновские спектры и химическая -связь / Киев: Наук, думка. 1981.-413 с.
- Немошкаленко В.В., Алешин В. Г. Электронная спектроскопия кристаллов. Киев: Наук, думка. — 1983. — С. 145.
- Чугреев А.Л., Миеуркин И. А. Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников // Химическая физика. 1995. — Т. 14, № 8. — С. 155−176.
- Model family of high-temperature superconductors: TlffiBa2Can. iCun02(n+i)m, (m = 1, 2- n = 1, 2, 3) / Parkin S.S.P., Lee V.Y., Nazzal A.I. et al. // Phys. Rev. B. 1988. — V. 38, № 10. — P. 6531−6537.
- New oxide superconductors / Subramanian M.A., Torardi C.C., Gopalakrish-nan J. et al. //PhysicaC. 1988. — V.153−155. — P.608−612.
- Superconducting ТЬВагСиОб: a high resolution neutron powder and single crystal x-ray diffraction investigation / Parise J.B., Torardi C.C., Subramanian M.A. et al. // Physica C. 1989. — V. 159, № 3. — P. 239−244.
- Structures of the superconducting oxides ТЬВагСиОб and Bi2Sr2Cu06 / Torardi C.C., Subramanian M.A., Calabrese J.C. et al. // Phys. Rev. B. 1988. -V. 38, № 1.-P. 225−231.
- The crystal structure and superconductivity of Tl2Ba2CaCu208 / Liang J.K., Huang J., Rao G.H. et al. // Phys. D.: Appl. Phys. 1988. — V. 21. — P. 10 301 034.
- Crystal structure of high-temperature superconductor Tl2Ba2CaCu208 / Subramanian M.A., Calabrese J.C., Torardi C. C et al. // Nature. 1988. — У. 163, № 6. — P.420−422.
- Crystal structure of ТУЗагСагСизОю a 125 К superconductor / Torardi C.C., Subramanian M.A., Calabrese J.C. et al. // Science 1988. — V. 240, P. 631 634.
- Crystallography and microstructure of Tl-Ca-Ba-Cu-0 superconducting oxi-gen / Beyers R., Parkin S.S. P., Lee V.Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 1988. — V., 53, № 5. -P. 432−434.
- Structure refinements of superconducting ТЬВагСаСигОв and Т12Ва2Са2СизОю from neutron diffraction data / Cox D.E., Torardi C.C., Subramanian М.А. et al. // Phys. Rev. B. 1988. — V. 38, № 10. — P. 66 246 630.
- Superconductivity at 94 К in HgBa2Cu04+5 / Putilin S.N., Antipov E.V., Chmaissem O. et al. //Nature. 1993. — V. 362. — P. 226−228.
- Superconductivity above 130 К in the Hg-Ba-Ca-Cu-O system / Shilling A., Cantoni M., Guo J.D. et al.//Nature. 1993. -V. 363, № 6424. — P. 56−58.
- Neutron powder diffraction study at room temperature and at 10 К of the crystal structure of the 133 К superconductor HgBa2Ca2Cu30g-t-5 / Chmaissem O., Huang Q., Antipov E.V. et al. // Physica C. 1993. — V. 217, № 3−4. — P. 265 272.
- The synthesis and characterization of the HgBa2Ca2Cu308+s and HgBa2Ca3Cu40io+6 phases / Antipov E.V., Loureiro S.M., Chaillout C. et al. // Physica C. 1993. — V. 215, № i2. — P. 1−10.
- Compressibility of the HgBa2Can. iCun02n+2+8 (n=l, 2, 3) high-temperature superconductors / Eggert J.H., Ни J.Z., Mao H.K. et al. // Phys. Rev. B. 1994. -V. 49, № 21.-P. 15 299−15 304.
- Structure of HgBa2Cu04+g (0.06
- Paranthaman M., Chakoumakos B.C. Crystal chemistry of HgBa2CaniCun02n+2+s (n = 1, 2, 3, 4) superconductors 11 Journal of solid state • chemistry. 1996. — V. 122. — P. 221−230.
- Hg-1212 and Hg-1223 single crystals: synthesis and characterization / Gatt R., OlssonE., Morawski A. et al. // Physica C. 1997. — V. 276. — P. 270−276.
- Synthesis and characterization of overdoped Hg-1234 and Hg-1245 phases- the universal behavior of Tc variation in the HgBa2Can-iCun02n+2+6 series / Lokshin K.A., Pavlov D.A., Kovba M.L. et al. // Physica C. 1998. — V. 300. -P. 71−76.
- Huang Q., Lynn J. W., Xiong Q., Chu C.W. Oxygen dependence of the crystal structure of HgBa2Cu04+5 and its relation to superconductivity // Phys. Rev. B. 1995. — V. 52, № 1.-P. 462−470.
- Effect of fluorination on the structure and superconducting properties of the Hg-1201 phase / Abakumov A.M., Aksenov V.L., Alyoshin V.A. et al. // Phys. Rev. Lett. 1998. — V. 80. № 2. — P. 385−388.
- Antipov E.V., Abakumov A.M., Aksenov V.L., Balagurov A.M., Putilin S.N., Rozova M.G. Neutron powder-diffraction studies of superconducting oxygenated and fluorinated Hg-1201 phases // Physica B. 1998. — V. 241−243. — P. 773−779.
- Investigation of the Hg-1201 structure under external pressure up to 5 GPa by means of neutron powder diffraction / Aksenov V.L., Balagurov A.M., Savenko B.N. et al. // Physica B. 1997- - V. 234−236. — P. 940−941.
- Pellegrin E., Fink J" Chen C.T., Xiong Q., Lin Q.M., Chu C.W. Experimental hole densities in HgBa2CaaiCun02n+2+5 compounds from near-edge x-ray-absorption spectroscopy // Phys. Rev. B. 1996. — V. 53, № 5. — p. 2767−2772.
- Superconductivity up to 164 К in HgBa2Cam. iCum02m+2+s (m=l, 2 and 3) under quasihydrostatic pressures // Gao L., Xue Y.Y., Chen F. et al. // Phys. Rev. B. -1994. V. 50, № 6. — P. 4260−4263.
- Lubritto Carmine, Rosciszewski Krzysztof, Oles Andrzej M. The role of apical, oxygen in the high-temperature superconductors // J. Phys.: Condens. Matter.- 1996.-V. 8.-P. 11 053−11 068.
- Jansen L, Block R. Effect of unaxial stress on critical temperatures of superconducting cuprates: an indirect-exchange approach. 11 Physica A. 1999. — V. 264,№ 3−4. -P. 523−531.
- Zhang X., Lu W.H., Ong C.K. Structural changes in HgBa2Ca2Cu308+5 under high pressure I I Physica C. 1997. — V. 289. — P. 99−108.
- Hamman D R., Mattheiss LE. Electronic band properties of Ba2Tl2Cu06 // Phys. Rev. B. 1988. — V. 38, № 7. ^ P. 5138−5141.
- Yu. J., Massidda S., Freeman A J. Electronic structure and properties of the high-7'c superconductors: Tl2Ba2CaCu208 and ТЬВагСагСизОю // Physica C. -1988. V. 152, № 2. — P. 273−282'.
- Kasowski R.V., Hsu W.Y., Herman F. Electronic structure of the new high-Tc superconductors Т12Ва2СцОб, Т12Ва2СаСи208, Tl2Ba2Ca2Cu30io and Tl2Ba2Ca3Cu40i2 // Phys. Rev. B. 1988. — У. 38, № 10. — P. 6470−6477.
- Mattheiss L.F. Electronic band properties and superconductivity in La2. yXyCu04 // Phys. Rev. Lett. 1987. — V. 58, № 10. — P. 1028−1030.
- Mattheiss L.F., Hamman D.R. Electronic structure of the high-Tc superconductor Ba2YCu306.91I Solid State Comm. 1987. — V. 66, № 5. — P. 395−399.
- Freeman A.J., Yu J. Electronic structure and high-7c superconductivity in transition metal oxides // Physica B. 1988. — V. 150, № 1−2. — P. 50−55.
- Massidda S., Yu. J., Freeman A, J. Electronic structure and properties of Bi2Sr2CaCu208 the third high-7- superconductor // Physica C. 1988. — V. 152, № 3.-P. 251−258.
- Krakauer #., Pickett W.E. Effect bismuth on high-rc cuprate superconductors // Phys. Rev. Lett. 1988. — V. 60, № 16. — P. 1665−1667.
- Greaves C. Infinite stacks of copper oxide // Nature. 1988. — V. 334, № 6179.-P. 193−194.
- Barbiellini В., Jarlborg T. Electron and positron states in HgBa2Cu04 // Phys. Rev. B. 1994. — V. 50. № 5. — P. 3239−3245.
- Rodriguez Osvaldo C. Structural properties and electronic structure of HgBa2Cu04: Detailed description of the Fermi surface // Phys. Rev. B. -1994. у. 49- № 2. P. 1200−1204.
- Singh David J. Electronic structure of HgBa2Cu04 // Physica C. 1993. — V. 212. — P. 228−232.
- Franchini C., Massidda S., Continenza A., Gauzzi A. Structural and electronic properties of Hgi. yMoyBa2Cu04+6 // Phys. Rev. B. 2000. — V. 62, № 13. — P. 9163−9171.
- Singh David J., Pickett Warren E. Electronic structure studies of doped and undoped Hg-Ba-Ca-Cu-O // Physica C. 1994. — V. 235−240. — P. 2113−2114.
- Singh David J. Electronic structure of HgBa2Ca2Cu308: the role of mercury // Phys. Rev. B. 1993. — V. 48, № 5. — P. 3571−3574.
- Singh David J., Pickett Warren E. Unconventional oxygen doping behavior in HgBa2Ca2Cu308+6 // Phys. Rev. Lett. -1994. V. 73, № 3. — P. 476−479.
- Pressure-induced phonon softening and electronic topological transition in HgBa2Cu04+5 / Novikov D.L., Katsnelson M.I., Yu Jaejun et al. // Phys. Rev. B. 1996. — V. 54, № 2. — P. 1313−1319.
- L. de Mello E. V. and Acha C. Extended Hubbard model applied to study the pressure effects in high-temperature superconductors // Phys. Rev. B. 1997. -V. 56, № 1.-P. 466−469.
- D.E Novikov, O.N. Mryasov, A J. Freeman Anisotropic compressibility and effects of pressure on the electronic structure and Tc of the Hg-based superconductors //Physica C. 1994. — У. 222. — P. 38−46.
- Xnejun Hao, Liyuan Zhang, Jiang Shen, Huaiyu Wang Electronic structure of HgBa2Ca2Cu308+5: the role of 0(4) and high pressure // J. Phys.: Condens. Matter. 1994, — V. 6.-P. 7385−7394.
- Massidda S., Yu Jaejun, Freeman A.J., Hoffmann L., Genoud P., and Manuel A.A. Theoretical two-particle momentum density in YBa2Cu307. s // J. Phys. Chem. Solids. -1991. V. 52. — P. 1503−1509.
- Electrons, phonons and their interaction in УВа2Сиз07 / Andersen O.K., Liechtenstein A.I., Rodriguez O. et al. // Physica C. 1991. — V. 185−189. — P. 147−155.
- Calculated photoemission, inverse photoemission and x-ray emission spectra of high-T^ superconductors: Tl2Ba2CaCu208 and ТЬВагСагСизОю / Mark-steiner P., Yu.J.,., Massidda S. et al. // Phys. Rev. B. 1988. — V. 38, № 4. — P. 2894−2897.
- Soft-x-ray emission spectroscopy study of La2Cu04 and three high-superconductors / Barnole V., Mariot J.-M., Hague C.F. et al. // Phys. Rev. B. -1990. V. 41, № 7. — P. 4262−4270.
- Сравнительное исследование электронного строения Bi-систем 2212 / Кравцова ЭЛ., Мазалов Л. Н., Парыгина Г. К. и др. // Журнал структурной химии. 1995. — Т.36, № 1. — С. 108−111.
- Drager G., Werfel F., Leiro J.A. Valence-electron states of YBa2Cu307−8 characterized by combined X-ray and photoemission studies // Phys. Rev. B. -1990. V. 41, № 7. — P. 4050−4055.
- Photoemission and resonant photoemission studies of ТЬВагСагСизОш+у / Meyer III H.M., Wagener T.J., Weaver J.H. et al. // Phys. Rev. B. 1989. — V. 39, № 10. — P.7343−7346.
- Calculated photoemission and x-ray emission spectra of Bi2Sr2CaCu208 / MarksteinerP., Massidda S., Yu J. et al. //Phys. Rev. B. 1988. — V. 38, № 7. -P. 5098−5101.
- Kurganskii S.I., Kharchenko M.A., Likhachev E.R., Dubrovskii O.I. Calculated spectral properties of YBa2Cu307. s thin films // Phys. stat. sol. (b). 1997. — V. 201,№ 2.-P. 417−428.
- Zadorozhnii V.V., Dubrovskii O.I., Likhachev E.R., Maksimova E.I. and Kurganskii S.I. Calculated spectral properties of Bi-Sr-Ca-Cu-0 films // Physica status solidi (b). 2000. — V.218, jsfe 2. — P. 471−483.
- Chemical bonding in T1 cuprates studied by x-ray photoemission / Vasquez R.P., Siegal M.P., Overmeyer D.L. et al. //Phys. Rev. B. 1999. — V. 60, № 6.- P.4309−4318.
- Uchiyama H., Ни W.-Z., Yamamoto A., Tajima S., Saiki К., Кота A. Photoemission study of electronic states in HgBa2Cu04+5 with various doping levels // Phys. Rev. B. 2000. — V. 62, № l.. p. 615−621.
- Vasquez R.P., Rupp M., Gupta A., Tsuei C.C. Electronic structure of epitaxial films measured by x-ray photoemission HgBa2CaCu206+5 // Phys. Rev. B. -1995. V. 51, № 21. — P. 15 657−15 660.
- HohenbergP., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Phys. Rev. B. 1964.- V. 136, № 3,-P. 864−871.
- Kohn W., Sham L.J. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. A. 1965. — V. 140, № 4. — P. 1133−1137.
- Теория неоднородного электронного газа / Под. ред. Н. Марча, С. Лун-дквиста. М.: Мир, 1987. — 400 с.
- Cunningham S.L. Special points in the two-dimensional Brillouin zone I I Phys. Rev. B. 1974. — V. 10, № 12. — P. 4988−4994.
- Давыдов А. С. Квантовая механика. M.: Наука, 1973. — 704 с.
- Krakauer Н., PosternakM., Freeman A.J. Linearized augmented plane wave method for the electronic band structure of thin films // Phys. Rev. B. — 1979. -V. 19,№ 4.-P. 1706−1719.
- Kqelling D.D., Arbman G.O. Use of the energy derivative of the radial solution in an augmented plane wave method: application to copper // J. Phys. F. -1975. V. 5, № 11. — P. 2041−2054.
- Mattheiss L.F. Energy band for solid argon // Phys. Rev. B. 1964. — V. 133, № 5A. — P. 1399−1403.
- Vosko S.H., Wilk L., NusairM. Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin density calculations // Can. J. Phys. 1980. — V. 80,№ 8. -P. 1200−1211.
- Дубровский О.И. Электронная структура поверхности NiAl: Дис. канд. физ.-мат. наук. Воронеж, 1986. — 134 с.
- Власов С.В. Расчет электронной структуры редкоземельных элементов и их монохалькогенидов в приближении локального функционала плотности. Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук. — Воронеж, 1984. — 18 с.
- КуицК.С. Численный анализ. Киев: Техника, 1964. — 390 с.
- Kurganskii S.I., Dubrovskii O.I., Domashevskaya E.P. Integration over the f two-dimensional Brillouin zone // Phys. stat. solidi (b). 1985. — V. 129, № 1. -P. 293−299.
- Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -М.: Наука, 1977. -224с.
- Caroli С., Lederer R.D., Roulet В., Saint J.D. Inelastic effects in photoemis-sion: microscopic formulation and qualitative discussion // Phys. Rev. B.1973. V. 8, № 10. — P. 4552−4569.
- Redinger J., Marksteiner P., Weinberger P. Vacancy-induced changes in the electronic structure of transition metal carbides and nitrides // Z. Phys. B. -1986.- V. 63, № 3. P. 321−333.
- Winter H., Durham P. J., Stocks G.M. Theory of valence-band XPS spectra of random alloys: application to Ag*PdKv // J. Phys. F. 1984. — V. 14, № 4. — P. 1047−1060.
- Feibelman P.J., Eastman D.E. Photoemission spectroscopy correspondence between quantum theory and experimental phenomenology // Phys. Rev. B.1974. V. 10, № 12. — P. 4932−4946.
- Faulkner J.S., Stocks G.M. Calculating properties with the coherent-potential approximation // Phys. Rev. B. 1980. — V. 21, № 8. — P. 3222−3244.
- Durham P.J. Electron spectroscopy of metallic systems // NATO ASI Series B.- 1984.- V. 113.-P. 709−759.100 .Mahan G.D. Collective excitations in X-ray spectra of metals // Phys. Rev. B. 1975. — V. 11, № 12. — P. 4814−4824.
- Собелъман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Наука. -1977.-319 с.
- Local density theory of X-ray and photoemission from УВа2Сиз075: the highly superconductor // Redinger J., Freeman A.J., Yuand J., Massidda S. // Phys. Rev. Lett. A. 1987. — V. 124, № 8. — P. 469−474.