金属表面Rashba自旋轨道耦合作用研究进展

自旋轨道耦合是电子自旋与轨道相互作用的桥梁, 它提供了利用外电场来调控电子的轨道运动、进而调控电子自旋状态的可能. 固体材料中有很多有趣的物理现象, 例如磁晶各向异性、自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等, 都与自旋轨道耦合密切相关. 在表面/界面体系中, 由于结构反演不对称导致的自旋轨道耦合称为Rashba自旋轨道耦合, 它最早在半导体材料中获得研究, 并因其强度可由栅电压灵活调控而备受关注, 成为电控磁性的重要物理基础之一. 继半导体材料后, 金属表面成为具有Rashba自旋轨道耦合作用的又一主流体系. 本文以Au(111), Bi(111), Gd(0001)等为例综述了磁性与非磁性金属表面Rashba自旋轨道耦合的研究进展, 讨论了表面电势梯度、原子序数、表面态波函数的对称性, 以及表面态中轨道杂化等因素对金属表面Rashba自旋轨道耦合强度的影响. 在磁性金属表面, 同时存在Rashba自旋轨道耦合作用与磁交换作用, 通过Rashba自旋轨道耦合可能实现电场对磁性的调控. 最后, 阐述了外加电场和表面吸附等方法对金属表面Rashba自旋轨道耦合的调控. 基于密度泛函理论的第一性原理计算和角分辨光电子能谱测量是金属表面Rashba自旋轨道耦合的两大主要研究方法, 本文综述了这两方面的研究结果, 对金属表面Rashba自旋轨道耦合进行了深入全面的总结和分析.     

银表面光学二次谐波参数的研究

本文测量了几种玻璃-银膜界面反射二次谐波随入射光偏振角的变化,测量了超高真空中多晶银基底上冷凝银膜表面退火前后的反射二次谐波,以及超高真空中纯度为99.99%多晶银表面的反射二次谐波,计算了垂直和平行表面谐波电流参数a、b,得到对棱镜-银界面b=-0.97;α=2.1,多晶银表面α=-9,冷凝银膜退火前后α分别为7和-5.结果表明.α对表面状况极为敏感.     

Pt(100)表面上通过二聚物结构转移的自扩散现象

用分子动力学方法研究了Pt(100)表面上吸附原子的自扩散现象, 其中相互作用势采用更适合于表面特点的表面嵌入势(SEAM势).结果发现除一般的协作交换扩散现象外, 吸附原子还可以通过二聚物结构的转移而达到交换扩散的目的.在这种交换机制中, 交换过程是有3个原子的协作运动完成的.重要的是这种新的交换扩散机制在一定条件下可以成为吸附原子扩散的主要原因.     

基于芯-电子结合能偏移的碱金属中的表面、尺寸和热效应

密度泛函理论计算结果和X射线光电子能谱测量数据之间的一致性证实了碱金属低配位引起局部键弛豫和芯能级偏移,进而决定了材料的表面、尺寸和热性能. 局域光电子能谱分析方法和键弛豫理论可用于计算有关金属表面键合和电子性质的参数,从而进一步研究碱金属中芯-电子结合能偏移. 同时,结合第一性原理,还可以获得碱金属表面低配位原子的键参数和原子内聚能. 此外,尺寸和温度对表面电子结合能的影响可以从原子键弛豫引起的哈密顿量中导出.     

Photodetachment of H-near a metal surface

By using the closed orbit theory, the photodetachment cross section of H^- near a metal surface is derived and calculated. The results show that the metal surface has great influence on the photodetachment process. As the ion-surface distance is very large, the influence of the electrostatic image potential caused by the metal surface becomes small and can be neglected. The period, action, and length of the detached electron＇s closed orbit are nearly the same as the case of the photodetachment of H^- near an elastic interface. However, with the decrease of the ion-surface distance, the influence of the metal surface becomes significant. The amplitude of the oscillation in the photodetachment cross section becomes complicated. Each resonance peak in the Fourier transformed cross section is associated with one electron＇s closed orbit. Unlike the case of the photodetachment of H^- near an elastic interface, the length of the closed orbit does not equal the twice distance between the ion and the surface. But with the increase of the ion-surface distance, the length of the closed orbit approaches the case of the closed orbit near an elastic interface, which suggests the correctness of our method. This study provides a new understanding on the photodetachment process of H^- in the presence of a metal surface.     

H原子在δ-Pu(100)面吸附行为的周期性密度泛函理论研究

采用密度泛函理论结合平板周期性模型研究了H原子在δ-Pu(100)面上的吸附行为.方法为广义梯度近似(GGA),同时考虑了自旋极化和无自旋极化两种情况.通过对不同吸附位置的吸附能和平衡几何结构比较发现, 吸附属于较强的化学作用, 心位吸附最稳定,桥位次之,顶位最不稳定.在无自旋极化水平,H原子吸附位距离Pu表面0.063 nm,吸附能-3.16 eV.考虑自旋极化时,H原子位于Pu表面正上方0.060 nm处,吸附能为-2.26 eV.与H配位的Pu原子数目是决定吸附过程的主要因素,配位的Pu原子数目越多,吸附越稳定.Mulliken电荷布局分析表明H和Pu表面的作用主要发生在第一层,另外两层几乎没有影响.H原子在钚表面的吸附造成了钚金属表面功涵的明显增加.     

对单个原子磁极化的观察

美国加州伯克利分校的M．Crommie博士和他在美国海军科学实验室的同行们进行了一项实验研究．他们测定了金属表面上附加的单个原子的自旋性质．首先,他们在铜晶面（111晶面）上形成多个三角形的钴原子岛．由于钴金属是铁磁体,因此钴原子的自旋会以相同的排列方向形成畴,即有些岛域的钴原子自旋是向上的,而另一些岛域的自旋是向下的．还有一些磁性原子分散在小岛上,被称为吸附原子,它们将与作为基底的钴原子发生磁相互作用,从而使吸附原子的自旋有的向上,有的向下．接着再抛撒一些铁原子（有时也使用铬原子）到钴原子岛上,这些铁原子（原子问的距离至少有5nm远）迅速被磁化．用这种方法可测定分离的单个原子的极化状态．利用隧道扫描显微镜（STM）的探针去测试已被磁极化了的吸附原子的量子能级．