Winkelaufgelöste IPE an Co()

 

Abbildung 5.6 zeigt Winkelserien von IPE-Spektren, aufgenommen mit beiden Zählrohren . Nahe der Fermikante erkennt man bei Normalinzidenz () in beiden Serien eine breite, asymmetrische Intensität, die sich nahe dem Zonenrand () in mindestens zwei deutlich voneinander getrennte Intensitäten A und B aufteilt. Der Vergleich mit der Bandstrukturrechnung läßt erwarten, daß diese Linien direkten Übergängen im d-Bandbereich zugeordnet werden können (Eine detaillierte Analyse erfolgt auf Seite ).

 
Abbildung:   Winkelaufgelöste IPE-Spektren von Co() in der -Spiegelebene () für unterschiedliche Photonen-Nachweisgeometrien (siehe Abb. 3.6). Die Spektren der Winkelserie sind für die gleichen Elektronen-Einfallswinkel simultan aufgenommen. A und B markieren Übergänge im Bereich der Bandstruktur. und treten in einer Bandlücke der Bandstruktur auf. Die Linien deuten die Dispersion der Zustände an.

Hier sollen zunächst die Emissionscharakteristika der Intensitäten A und B analysiert werden. Es fällt auf, daß sie im Spektrum des ersten Zählers (Zähler 1) am Zonenrand deutlich verschiedene relative Intensitäten zeigen. Linie A tritt in Zähler 1 und Zähler 2 mit deutlich anderer Intensität auf, während B von beiden Zählern mit annähernd gleicher Intensität nachgewiesen wird. Weiterhin bleibt das Intensitätsverhältnis für Linie B im gemessen Winkelbereich gleich. Unter der Annahme eines polarisationsunabhängigen Untergrundes können nach den Ausführungen in Anhang C den beiden Emissionen Lichtpolarisationen zugeordnet werden. Das emittierte Licht von A kann aufgrund des großen Intensitätsunterschiedes nur -polarisiert sein. Für die Linie B ist die Zuordnung nicht eindeutig. Für -polarisiertes Licht spricht, daß das Intensitätsverhältnis über den Winkelbereich gleich bleibt; nur -polarisiertes Licht ist annähernd isotrop in der Meßebene. Gegen diese Zuordnung spricht, daß die Intensität des -polarisierten Lichtes mit dem Azimuth-Winkel geringer werden sollte. Abweichungen könnten durch Beugungs- und Transmissionseffekte entstehen. Im Zusammenhang mit der Zuordnung der Übergänge zur Volumenbandstruktur zeigt sich für -polarisiertes Licht ein konsistenteres Bild.

Für die Emission bei ist die Polarisationszuordnung deutlich einfacher: dieser Zustand ist im Winkelbereich von in Zähler 1 fast nicht zu erkennen, während er im Zähler 2 als stark asymmetrische Doppelstruktur beobachtet wird. Das emittierte Licht ist daher -polarisiert.

Weiterhin fällt die starke Dispersion im spinintegrierten Spektrum (gestrichelte Linie in Abb. 5.6) auf. Die theoretische Bandstruktur zeigt in diesem Energieintervall eine Bandlücke, und es liegt daher nahe, daß dieser Zustand ein Oberflächenzustand ist; er wird in Abschnitt 5.2.2 ausführlich behandelt.

Für eine genauere Zuordnung der Übergänge A und B zur Volumenbandstruktur ist es instruktiv, die Spektren einer wohlgeordneten Oberfläche mit einer stark ungeordneten Oberfläche zu vergleichen. Eine ungeordnete Oberfläche kann durch Sputtern erzeugt werden. Dabei erhält man eine facettenartige Oberfläche, die neben der -Richtung eine Vielzahl anderer Kristallrichtungen aufweist. Spektren dieser aufgerauhten Oberfläche zeigen nur noch Übergänge, die in der totalen Zustandsdichte (DOS) eine hohe Intensität aufweisen. Diese Eigenschaft besitzen nur die flach verlaufenden d-Bänder. Abbildung 5.7 zeigt die spinabhängigen Zustandsdichten des hcp-Kobaltkristalls nach [Wol97]. Dargestellt sind neben der totalen Zustandsdichte (ganz rechts) auch die nach dem Wellenfunktionscharakter aufgelösten Zustandsdichten. Diese Darstellung zeigt, daß oberhalb der Fermikante nur die Minoritäts-d-Bänder zu einer hohen Zustandsdichte beitragen sollten. Das entsprechende Maximum der Majoritäts-d-Band-Zustandsdichte liegt in der Rechnung dagegen deutlich unterhalb der Fermikante.

 
Abbildung:   Spinaufgelöste Zustandsdichten des hcp-Kobaltkristalls als totale Zustandsdichte (rechts) und nach Orbitalcharakter getrennte Zustandsdichte (links)[Wol97].

Welche Veränderungen die Spektren durch das Sputtern zeigen, ist in Abb. 5.8 dargestellt. Gezeigt sind IPE-Spektren beider Zähler vor und nach dem Ionenbeschuß (), aufgenommen bei einem Winkel von . Nach dem Sputtern bleibt lediglich der -polarisierte Zustand B bei im Spektrum als intensiver Zustand deutlich erkennbar, was auf einen Minoritätscharakter des Zustandes deutet. Der -polarisierte Zustand A verschwindet nach dem Sputtern fast gänzlich. Die Zustände in der Bandlücke der theoretischen Bandstruktur werden ebenfalls durch das Sputtern beseitigt.

 
Abbildung:   IPE-Spektren der sauberen, wohlgeordneten () und der ungeordneten () Co()-Oberfläche bei .