Magnetic Multilayers and Giant Magnetoresistance pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Hartmann, Ursula; Hartmann, U.; Hartmann, U.

出品人:

页数:334

译者:

出版时间:2000-01-07

价格:USD 209.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540655688

丛书系列:

图书标签:

• 磁多层膜
• 巨磁阻效应
• 磁学
• 凝聚态物理
• 材料科学
• 薄膜技术
• 自旋电子学
• 磁记录
• 纳米材料
• 磁性材料

表面物理与薄膜生长：从原子尺度到宏观性能的探索 图书简介 本书深入探讨了固体材料的表面与界面物理现象，以及如何通过精确控制的薄膜生长技术来构建具有特定功能的先进材料系统。全书内容紧密围绕原子尺度上的物质行为、界面结构对电子特性的影响，以及薄膜制备过程中的动力学控制展开。它旨在为研究人员、工程师和高年级本科生提供一个全面而深入的视角，理解如何从最基础的物理原理出发，设计和制造下一代电子和磁性器件的核心组件。 第一部分：表面与界面物理基础 本部分首先奠定了理解薄膜行为所需的理论基础，重点关注物质在低维度环境下的特有行为。 第一章：真空技术与超高真空环境的构建 在探究表面现象之前，必须掌握创造一个清洁、可控实验环境的技术。本章详细阐述了实现超高真空（UHV）的原理与实践，包括各种真空泵（涡轮分子泵、离子泵、低温泵）的工作机制、真空度测量技术（如皮兰计、对流规、冷阴极规），以及密封技术和材料选择对维持UHV环境的重要性。重点讨论了真空系统中的“释气”现象及其对表面污染的控制策略。 第二章：表面敏感的电子与离子谱学 表面和近表面区域的化学成分、电子态和结构分析依赖于一系列对深度敏感的技术。本章系统介绍了以下核心分析工具： 1. 俄歇电子能谱（AES）： 阐述了俄歇跃迁的三级过程，如何利用其特征能量峰确定元素组成，并讨论了信号的逃逸深度限制。 2. X射线光电子能谱（XPS）： 深入解析了光电效应的物理基础，如何通过光电子的结合能推断元素的化学环境（价态和配位），以及高分辨XPS在表面化学键研究中的应用。 3. 低能电子衍射（LEED）： 详细讲解了电子束与晶体表面周期性势场的相互作用，如何通过分析衍射斑点的运动规律确定表面晶格结构、重建现象以及薄膜的取向。 第三章：原子级表面形貌与结构表征 理解薄膜的生长质量，必须能够“看清”原子排布。本章聚焦于扫描探针显微镜（SPM）技术： 1. 扫描隧道显微镜（STM）： 详述了量子隧道效应在STM成像中的核心作用，以及如何通过控制偏压和扫描反馈机制，实现对导电表面原子结构和电子态的直接成像。 2. 原子力显微镜（AFM）： 区分了接触模式、轻敲模式等不同工作模式的原理，重点讨论了AFM在绝缘体表面形貌测量、粗糙度分析以及局部力学性质探测方面的优势。 第二部分：薄膜生长动力学与控制 薄膜的宏观性能（如电阻率、光学常数、机械强度）直接取决于其微观结构，而微观结构则由生长过程中的热力学和动力学因素共同决定。 第四章：物理气相沉积（PVD）技术 本章详细剖析了现代薄膜制备中最常用的几种PVD技术，强调了沉积速率、基底温度和粒子能量对成膜模式的影响。 1. 热蒸发（Thermal Evaporation）： 讨论了电阻加热和电子束加热源的设计，以及如何通过控制蒸发源的温度和真空度来调控薄膜的化学计量比和微观结构。 2. 溅射沉积（Sputtering）： 深入研究了等离子体激发机制，靶材的溅射产额、离子能量分布，以及反应性溅射中气体分子与靶材的相互作用。重点分析了入射离子对薄膜的损伤和应力引入效应。 第五章：分子束外延（MBE）与原子层沉积（ALD） 这两种技术代表了薄膜生长控制的最高精度。 1. 分子束外延（MBE）： 阐述了高真空下原子束的产生和调制，重点讲解了“关闸”技术在控制单层沉积方面的关键作用。分析了原子在基底表面的迁移、吸收、表面扩散和脱附过程，这些是决定生长模式（如岛状生长、层状生长）的关键动力学因素。 2. 原子层沉积（ALD）： 强调了基于自限制表面化学反应的原理，即顺序脉冲的前驱体反应。分析了成膜过程中的“成核延迟”现象，以及ALD在实现高纵横比结构和高均匀性薄膜方面的独特优势。 第六章：薄膜的微观结构演化 本章将生长动力学与最终的微观结构联系起来。 1. 薄膜生长模式： 详细分析了基于表面能和应力的三种经典生长模式：岛状生长（Volmer-Weber）、层状生长（Frank-van der Merwe）和 Stranski-Krastanov（SK）模式。利用临界厚度、应变演化等概念解释了量子点形成的物理机制。 2. 晶粒取向与择优取向： 探讨了在非晶或多晶薄膜中，晶粒尺寸分布、晶界特征（高角晶界与低角晶界）如何影响电子输运和机械性能。 第三部分：界面工程与材料性能调控 本部分关注如何利用界面的存在来调制和优化材料的宏观功能特性。 第七章：应力、应变与薄膜的弛豫 薄膜与基底之间的晶格失配会引入显著的应力。 1. 弹性应变与位错形成： 讨论了薄膜应力随厚度的累积过程，以及当应变超过临界值时，界面如何通过形成位错网络（如螺型和刃型位错）来进行应力弛豫，以及这种弛豫对界面电子结构的影响。 2. 薄膜的机械响应： 分析了薄膜残余应力对器件可靠性的影响，包括薄膜与基底之间的附着力、薄膜的抗弯曲性能和蠕变行为。 第八章：界面对电子和光学特性的影响 界面是电子输运、电荷转移和激子束缚等过程的关键区域。 1. 能带弯曲与肖特基势垒： 阐述了不同材料接触时费米能级的重新排列过程，如何形成能带弯曲，并精确计算肖特基势垒的高度和宽度，这对于设计接触电极至关重要。 2. 界面散射与电子平均自由程： 讨论了电子在穿过界面时因势垒不连续性或晶格不匹配导致的散射机制，分析了界面粗糙度对电子迁移率的负面影响。 第九章：扩散、互扩散与界面反应 在涉及高温处理或长时间运行的器件中，界面稳定性是核心问题。 1. 界面扩散机制： 比较了晶界扩散、表面扩散和体扩散的相对速率，特别是在纳米尺度材料中的增强效应。 2. 界面反应与化合物形成： 分析了在特定温度下，上下两层材料可能发生的化学反应，例如形成金属间化合物或氧化物，以及如何通过控制温度和气氛来避免或促进这些反应，以优化界面电学特性。 本书内容结构严谨，从基础的真空科学和谱学分析，过渡到精确的薄膜生长方法学，最终落脚于界面工程对材料功能特性的精细调控，为读者提供了理解和设计先进功能薄膜材料的完整知识框架。

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