Slayt 1 - Gebze Teknik Üniversitesi

X-Işınları
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering (XRMS)
Numan Akdoğan
akdogan@gyte.edu.tr
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Fizik Bölümü
Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM)
X-ray resonant magnetic scattering (XRMS)
 Çoklu tabakaların ve arayüzeylerin manyetik özellikleri belirlenebiliyor.
 Örneğe manyetik alan uygulanabiliyor.
 Malzeme içerisindeki herbir manyetik elementin histeresis eğrisi ayrı ayrı
ölçülebiliyor (Element specific hysteresis loops).
Ölçümlerde boyuna-MOKE (L-MOKE) geometrisi kullanılıyor.
N. Akdoğan, PhD Thesis (2008), Ruhr-Universitaet Bochum
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Manyeto-optik etkiler
Gelen polarize ışık
 1845 Michael Faraday
Manyetik malzeme
Geçen ışığın polarizasyonu
θF açısıyla döndürülür:
Faraday Etkisi
θF
Yansıyan ışığın polarizasyonu
θK açısıyla döndürülür:
Kerr Etkisi
 1877 John Kerr
θK
 1985 Moog ve Bader (SMOKE)
Surface Magneto-optik Kerr Effect
N. Akdoğan, Yüksek Lisans Tezi (2004), Yıldız Teknik Üniversitesi
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Manyeto-optik Kerr Etkisi (MOKE)
M
Polar MOKE
M
M
Boyuna (Longitudinal) MOKE
Enine (Transverse) MOKE
N. Akdoğan, Yüksek Lisans Tezi (2004), Yıldız Teknik Üniversitesi
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
XRMS Ölçüm Düzeneği
BESSY II, Berlin
Hmax=±2700 Oe, T=4.2-475 K
Grabis et al. Rev. Sci. Instr. 74, 4048 (2003)
N. Akdoğan, PhD Thesis (2008), Ruhr-Universitaet Bochum
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
XRMS Ölçüm Düzeneği
XRMS ölçümleri için değiştirilebilir 5 önemli parametre var:
Polarizasyon (Lineer, dairesel)
 Enerji (İncelenecek elemente bağlı)
 Örnek ve sayaç (detektör) açısı
 Manyetik alan
 Sıcaklık
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Polarizasyon vektörleri
Lineer polarize ışık (linearly polarized light) için polarizasyon vektörleri:
Dairesel polarize ışık (circularly polarized light) için polarizasyon vektörleri:
S. W. Lovesey and S. P. Collins, X-ray Scattering and Absorption by Magnetic Materials (Oxford Series on Synchrotron Radiation), Oxford University Press, 1996.
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Elementlerin elektron bağlanma enerjileri
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Elementlerin elektron bağlanma enerjileri
X-ray Data Booklet (2009), Lawrence Berkeley National Laboratory
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
X-ray magnetic reflectivity
 Önce gelen fotonun polarizasyonu seçilir ve sıcaklık
sabitlenir.
 Sonra gelen fotonun enerjisi, incelenecek elementin
elektron bağlanma enerjisine ayarlanır (Genellikle K, L2
veya L3).
ZnCoO
Al2O3
 XRR’de olduğu gibi “sample alignment” yapılır.
Ti
Co
 Alignment bittikten sonra gelen fotonun
polarizasyonu değiştirilerek, sabit manyetik alan altında
reflectivity ölçülür (Veya gelen fotonun polarizasyonu
sabit tutularak manyetik alanın yönü değiştirilir.).
 Ölçülen iki reflectivity eğrisi arasındaki fark, örneğin
mıknatıslanmasıyla orantılıdır.
Oxygen
N. Akdoğan
 Dolayısıyla manyetik özellikleri incelerken, ölçümler
farkın ve şiddetin en yüksek olduğu açıda yapılır.
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
X-ray magnetic reflectivity
ZnCoO
Al2O3
Akdoğan et al., J. Phys. D Appl. Phys. 41, 165001 (2008)
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
X-ray resonant magnetic scattering
 Reflectivity ölçümlerinden belirlenen en
uygun açıya (fark ve şiddetin yüksek
olduğu açı) gidilir.
ZnCoO
 Sıcaklık sabitlenir.
Al2O3
 Polarizasyon seçilir.
 İncelenecek elemente bağlı olarak, belirli
bir enerji aralığı sabit manyetik alan altında
taranır.
Ti
Co
Oxygen
N. Akdoğan
 Manyetik alanın yönü değiştirilerek aynı
enerji bölgesi yeniden taranır.
 Veya manyetik alanın yönü ve büyüklüğü
sabit tutularak, polarizasyon değiştirilerek
aynı enerji bölgesi taranır.
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Co L3,2 enerjileri (778.1 eV, 793.2 eV) civarında XRMS
ZnCoO
Al2O3
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Co L2,3 enerjileri civarında asymmetry ratio
Asymmetry ratio, R=I+-I-/ I++I-
ZnCoO
Al2O3
Akdoğan et al., J. Phys. D Appl. Phys. 41, 165001 (2008)
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
O K enerjisi (543.1 eV) civarında XRMS ve asym. ratio
ZnCoO
Al2O3
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Zn L3,2 enerjileri (1021.8 eV, 1044.9) civarında XRMS
ZnCoO
Al2O3
Akdoğan et al., J. Phys. D Appl. Phys. 41, 165001 (2008)
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Hysteresis eğrisi ölçümleri
 Reflectivity ölçümlerinden belirlenen en
uygun açıya (fark ve şiddetin yüksek
olduğu açı) gidilir.
ZnCoO
Al2O3
 Sıcaklık sabitlenir.
 Polarizasyon seçilir.
Ti
Co
 Ölçülecek elemente bağlı olarak enerji
seçilir.
 Gelen ışığın polarizayonu ve enerjisi
sabit tutularak, manyetik alan her iki yönde
de taranır.
Oxygen
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering
Co L3 ve O K enerjileri civarında histeresis eğrileri
ZnCoO
Al2O3
Akdoğan et al., J. Phys. D Appl. Phys. 41, 165001 (2008)
N. Akdoğan
8. Ders: X-ray resonant magnetic scattering