Введение к работе
Актуальность темы. Исследования в области теории резонансного рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах являются актуальной задачей физики твердого тела. В представленной работе показано, как на основе расчетов электронной структуры в приближении локальной электронной плотности можно с помощью формализма Крамерса-Гейзенберга описать низкотемпературный вклад в спектр резонансного упругого рассеяния рентгеновских лучей в германии и понять природу снятия запрета для рентгеновского рефлекса (600) в данном веществе. Вторая часть работы посвящена методу построения дисперсионных кривых на основе анализа экспериментальных спектров резонансного неупругого рассеяния, что представляет собой новое направление в физике твердого тела. Предложенный метод имеет преимущество перед методом ультрафиолетовой фотоэмиссии с угловым разрешением в том, что позволяет исследовать не только монокристаллы, но и поликристаллические материалы, а также свободен от подзарядки образцов в процессе измерений, что дает возможность исследования изоляторов.
Цель работы.
Целью настоящей работы является развитие теории упругого и неупругого резонансного рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах, в том числе:
количественное описание низкотемпературного вклада в спектр резонансного упругого рассеяния рентгеновских лучей в германии;
разработка количественного метода построения дисперсионных кривых в соединениях sp- элементов на основе сопоставления результатов численных расчетов электронной структуры с экспериментальными спектрами резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Количественное описание низкотемпературного вклада в ин
тенсивность резонансного рассеяния рефлекса (600) в герма
нии, путем учета смешанного квадрупольно-дипольного чле
на в атомном рассеивающем факторе. Предсказано появление
дополнительного резонансного пика при энергии, превышающей К край поглощения на ~30 эВ.
Методика построения дисперсионных кривых путем сопоставления результатов зонных расчетов со спектрами неупругого рассеяния рентгеновских лучей в графите, алмазе, кремнии и соединениях ВР, MgB2 и LiBC. Модификация метода позволяет выделить вклады а и 7г состояний в экспериментальные кривые дисперсии графита.
Учет 3d- состояний в расчетах электронной структуры соединений на основе кремния и фосфора необходим для корректной интерпретации спектров резонансного неупругого рассеяния.
Для расчета электронной структуры MgB2 не требуется учет электрон-электронных кулоновских корреляций. Использование обычных зонных методов расчета позволяет достичь хорошего согласия с экспериментом.
Отсутствие сверхпроводимости в Lii-zBC может быть связано с неполной гибридизацией электронных состояний бора и углерода, разупорядочением в плоскостях В-С, или с сильной структурной релаксацией вблизи вакансий в подрешетке Li.
Научная новизна.
Научную новизну диссертационной работы составляют следующие положения:
Учтен смешанный квадрупольно-дипольный член в атомном рассеивающем факторе, что позволило количественно описать интенсивность резонансного рассеяния рефлекса (600) в германии, запрещенного правилами погасания для томсо-новского рассеяния. Предсказано появление дополнительного резонансного пика при энергии, превышающей К край поглощения на ~30 эВ.
Проведен количественный анализ спектров неупругого рассеяния рентгеновских лучей в графите, алмазе, кремнии и соединениях ВР, MgB2 и LiBC, позволяющий построить дисперсионные кривые указанных соединений.
Определены вклады а- и 7Г- состояний в экспериментальные кривые дисперсии графита путем сопоставления орбитальных вкладов в теоретические кривые дисперсии с поляризационными рентгеновскими спектрами.
Учет 3d- состояний в электронной структуре при интерпретации спектров резонансного неупругого рассеяния кремния и фосфора в кристаллическом кремнии и соединениии ВР.
Показано, что для расчета электронной структуры MgB2 не требуется учет электрон-электронных кулоновских корреляций. Использование обычных зонных методов расчета позволяет достичь хорошего согласия с экспериментом.
Проведен анализ причин отсутствия сверхпроводимости в соединении LiBC на основе зонных расчетов. Предложены механизмы, объясняющие отсутствие сверхпроводящего перехода: неполная гибридизацией бора и углерода, разупорядочение в плоскостях В-С, сильная структурная релаксация вблизи вакансий в подрешетке Li.
Научная и практическая значимость работы. Развита теория резонансного упругого рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах, позволяющая объяснить появление запрещенных рефлексов в случае отсутствия центра инверсии на рассеивающем атоме. Разработан новый метод исследования дисперсии энергетических зон в поликристаллах, основанный на анализе спектров неупругого рассеяния рентгеновских лучей. Полученные в настоящей работе результаты зонных расчетов алмаза, графита, кремния, ВР, MgB2 и LiBC представляют самостоятельный интерес при изучении физических свойств рассмотренных соединений.
Достоверность. Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью используемых в работе расчетных методов изучения электронной структуры твердых тел и согласием результатов расчета с экспериментом. Кроме того, результаты, полученные в рамках данной работы для описания характеристик рефлекса (600) в спектрах упругого резонансного рассеяния рентгеновских лучей в германии нашли впоследствии подтверждение в публикациях независимых исследователей.
Личный вклад автора. Диссертант участвовал вместе с научным руководителем в постановке задач, выборе методов их решения, в обсуждении и интерпретации полученных результатов. Большая часть расчетов, результаты которых представлены в данной работе, была выполнена автором лично. Часть расчетов была выполнена при участии д. ф.-м. н. А.В. Постникова (раздел 4.5), и к.ф.-м.н. И.С. Елфимова (раздел 3.3).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на:
Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых ВНКСФ (Санкт-Петербург: 2001)
XXXI Международной зимней школе физиков-теоретиков "Коуровка" (Екатеринбург - Кунгур: 2002)
IV и VII Молодежных семинарах по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург: 2003, 2006)
Девятой международной конференции по электронной спектроскопии и структуре ICESS-9 (Upsala, Sweden, 2003)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять статей в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Перечнем ВАК, список публикаций приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 104 страниц машинописного текста, в том числе 30 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 92 наименования.
