Surface structure of Gd₂₀Co₈₀ alloy

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2021
• Main Authors: Kudin, V.G., Rozouvan, S.G., Staschuk, V.S.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2021
• Subjects: Optics
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/216097
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Surface structure of Gd₂₀Co₈₀ alloy / V.G. Kudin, S.G. Rozouvan, V.S. Staschuk // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2021. — Т. 24, № 1. — С. 56-63. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.

Gd₂₀Co₈₀ alloy was studied applying experimental methods of spectral ellipsometry, atomic force, and scanning tunneling microscopy. The experimental results exhibit the eutectic two-phase structure of this alloy. Clusters of a phase with a lower content had a lesser concentration of free carriers, which resulted in smaller tunnel currents during the measurements. To analyze the experimental data, a theoretical approach was developed, which was based both on the quantum-mechanical methods of configurational interaction and on the three-diagonal Toeplitz matrices formalism. This approach allowed us to describe in detail the energy bands formation process in solid clusters with a relatively small quantity of atoms, which, as a consequence, enabled us to describe the Shockley surface states as well as the existence of a surface layer with partially formed energy bands. Spectral-ellipsometric measurements of Gd₂₀Co₈₀ alloy thin films confirmed a significant difference between the measured optical constants for 20-nm-thick films and larger films. Quantum-mechanical molecular calculus allowed us to obtain optical constants for several supercells of Gd-Co chemical compounds and confirmed the acquired experimental and theoretical results. Сплав Gd₂₀Co₈₀ досліджено за допомогою експериментальних методик спектральної еліпсометрії, атомно-силової та скануючої тунельної мікроскопії. Результати експериментів показали наявність евтектичної двофазної структури сплаву. Кластери фази з меншим питомим вмістом мали меншу концентрацію вільних носіїв, що призводило до менших значень тунельних струмів при вимірюваннях. Для аналізу експериментальних даних був розвинутий формалізм у рамках квантово-механічної методики конфігураційної взаємодії із застосуванням формалізму тридіагональних матриць Тепліца. Даний теоретичний підхід дозволив у деталях описати перехідний процес формування енергетичних зон у твердому тілі з порівняно невеликою кількістю атомів, що в тому числі, як один із наслідків, включає описання поверхневих станів Шоклі та поверхневого шару твердого тіла з неповністю сформованими енергетичними зонами. Спектрально-еліпсометричні вимірювання плівок сплаву Gd₂₀Co₈₀ підтвердили значну відмінність виміряних оптичних констант для плівок товщиною 20 нм та більш товстих плівок. Квантово-механічні чисельні розрахунки оптичних констант різних надкомірок хімічних сполук Gd-Co підтвердили отримані експериментальні та теоретичні результати.