Детальная информация

Работа посвящена оценке влияния вкладов в спин-орбитальное взаимодействие каждого из этапов прохождения на итоговую поляризацию вторичных электронов, путём их раздельного моделирования. Цель работы – разработка эффективного аппарата моделирования спин-зависимого транспорта вторичных электронов. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Разработана квазиклассическая модель спин-орбитального взаимодействия электрона, имеющего заданную прямую траекторию, с атомами материала; 2. Разработана квазиклассическая модель упругого взаимодействия электрона с атомами материала, учитывающая изменение спинового состояния и угла отклонения траектории вследствие спин-орбитального взаимодействия; 3. Разработана квазиклассическая модель прохождения надбарьерным электроном границы раздела сред с эффектом Рашбы, основанная на решении системы волновых уравнений и сшивке волновых функций; 4. Выполнена программная реализация предложенного математического аппарата и проведена его верификация путем сопоставления результатов поэтапного моделирования с данными из других работ, на примере свинца. В результате исследования разработан аппарат, концептуально разделяющий транспорт на объемное рассеяние и прохождение поверхности. На каждом этапе оценен характер спин-орбитального взаимодействия. Продемонстрировано сильное влияние проекции орбитального момента взаимодействующего атома на характер спин-орбитального взаимодействия. Новизна работы заключается в создании нового квазиклассического аппарата, способного проводить оценку величины спин-орбитального взаимодействия. Область применения результатов охватывает анализ и интерпретацию экспериментальных спектрограмм при исследовании обычных объемных материалов с глубины порядка нескольких десятков атомных слоев. В процессе работы использовались следующие информационные технологии: язык программирования Python, библиотеки научных вычислений (SciPy для табличной интерполяции сплайнами и численного нахождения корней уравнений методом Брента) , а также графические модули для создания комплексного оконного интерфейса программы моделирования.

Object of study is the influence dependence non-magnetic materials surface states on the polarization of secondary electrons and the evaluation of spin-orbit interaction contributions at each stage of their passage. The aim is the development of a modeling framework for the spin-dependent transport of secondary electrons. The following tasks were solved: 1. A quasiclassical model of the spin-orbit interaction of an electron, having a given straight trajectory, with the atoms of the material was developed; 2.  A quasiclassical model of the elastic interaction of an electron with the atoms of the material was developed, taking into account the change in the spin state and the angle of trajectory deviation due to the spin-orbit interaction; 3. A quasiclassical model of an over-barrier electron passing through a phase boundary with the Rashba effect was developed, based on solving a system of wave equations and matching wave functions; 4.  A software implementation of the proposed mathematical framework was carried out, and its verification was performed by comparing the results of stage-by-stage modeling with literature data using the example of lead. As a result of the study, a framework was developed that conceptually divides the transport into bulk scattering and surface passage using the methods of analytical mechanics. The nature of the spin-orbit interaction at each stage was evaluated, and  the strong influence of the orbital momentum projection of the interacting atom on the spin-orbit interaction was demonstrated. The novelty of the work lies in the creation of a new quasiclassical framework. The field of application of the results covers the analysis and interpretation of experimental spectrograms when studying conventional bulk materials from a depth of the order of several tens of atomic layers. In the process of work, the following information technologies were used: the Python programming language, scientific computing libraries (SciPy for tabular interpolation with splines and numerical root-finding of equations using Brents method), as well as graphical modules to create a comprehensive window interface for the modeling program.