本发明涉及一种高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，属于真空磁性薄膜生长技术与电子自旋分析技术相结合的交叉。
背景技术：
1、目前，对电子自旋进行测量的分析器主要有mott型、spin-leed型及vleed型分析器。其中vleed是目前测量效率最高的电子自旋分析器，其测量方式是：先将电子动能加(减)速到6ev，然后分别测量电子在+z及-z方向磁化的铁磁性靶上的反射率，通过测量此两反射率的相对差异来分析入射电子在z方向的自旋。
2、通常选作靶材的铁磁性材料，虽然能实现自旋测量，但是其自旋极化率低，电子在+z及-z方向磁化的铁磁性靶上反射率相对差异小，因此测量效率低。为了提高测量效率，需要选取具有更高自旋极化率的铁磁材料。而半金属铁磁性材料，如co2feal、fe3o4等，由于其费米面穿过一种自旋取向电子能带的导带，同时恰好穿过相反自旋取向电子能带的带隙。也就是说，该材料的传导电子只有一种自旋取向，理论上具有100％自旋极化率。半金属铁磁性材料的表面具有长时间的稳定性，适用于电子自旋的测量。
3、此外，铁磁薄膜表面的平整度与自旋测量效率密切相关。目前通过物理沉积制备铁磁薄膜的主要方法有脉冲激光沉积(pulsed laser deposition，pld)、分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)和溅射(sputtering)等。脉冲激光沉积的方法只适用于小面积薄膜的生长制备，沉积大面积的薄膜容易产生不均匀的现象，严重影响测量效率。而分子束外延和磁控溅射的方法可以制备高质量的外延铁磁单晶薄膜，并保持表面原子级的平整度。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，用于解决现有vleed自旋分析器靶材自旋极化率低、表面不平整以及稳定性差导致的测量效率低等问题。
2、本发明所采用的技术方案是使用分子束外延或磁控溅射技术原位真空制备表面原子级平整的高自旋极化率半金属磁性薄膜靶材，如co2feal、fe3o4，同时表面具有长时间的稳定性，从而增大电子在+z及-z方向磁化的铁磁性靶上反射率的相对差异，提高vleed电子自旋分析器的灵敏度以及稳定性。
3、本发明采取的技术方案中通过分子束外延技术在mgo上生长co2feal单晶薄膜，三种元素由热蒸发束源炉(k-cell)同时沉积，co：fe：al的化学计量比为2：1：1。三种元素的化学计量比是由热蒸发束源炉在相应的温度沉积到石英晶振上决定，三种元素的沉积温度分别为1400℃，1150℃，950℃，且温度的稳定性不超过0.1℃。
4、本发明采取的技术方案中通过磁控溅射技术制备fe3o4(001)单晶薄膜，包括以下步骤：
5、步骤1：安装靶材，获得腔体真空；
6、步骤2：衬底预处理；
7、步骤3：预溅射；
8、步骤4：沉积薄膜。
9、具体的，所述步骤1中，使用高纯fe(99.95％)靶材，腔体真空度须达到1×10-8torr。
10、所述步骤2为：将mgo(001)衬底按顺序分别置于丙酮、酒精和去离子水中进行30min超声清洗，去除衬底表面的油污杂质。清洗完毕后使用氮气吹干衬底，放入样品托，通过真空系统传入生长腔室。将衬底加热至500℃退火30min，随后降温至生长温度300℃。
11、所述步骤3为：通入高纯氩气(99.999％)和氧气(99.999％)的混合气体，通过调节抽气速率，使溅射时的气压稳定在4×10-3torr。氧气和氩气的比例通过电控的流量阀门控制，氧气的流速控制为1.5sccm，氩气的流速控制在50sccm左右。使用射频电源，设置电源功率50w，开始预溅射，时间15min。
12、所述步骤4中，在薄膜的沉积过程中，衬底温度保持在300℃，并以5rpm的速度旋转。通过控制溅射的时间，沉积不同厚度的薄膜。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14、1、半金属铁磁材料co2feal和fe3o4具有高自旋极化率，可增大电子在+z及-z方向磁化的铁磁性靶上反射率的相对差异，提高vleed电子自旋分析器的灵敏度；
15、2、分子束外延和磁控溅射技术可制备表面原子级平整的高质量铁磁薄膜，提高薄膜对电子的反射率；
16、3、原位真空制备可减少薄膜与空气接触导致的表面杂质吸附，提高薄膜对电子的反射率。
1.一种高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，使用分子束外延或磁控溅射技术原位真空制备表面原子级平整的高自旋极化率半金属磁性薄膜靶材，包括co2feal和fe3o4(001)薄膜，其表面具有长时间的稳定性。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，使用分子束外延技术原位真空制备表面原子级平整的高自旋极化率半金属磁性薄膜靶材co2feal薄膜，在mgo衬底上生长1.8nm的co2feal单晶薄膜，整个过程中，单晶薄膜的化学计量比是由束源炉的温度控制，且整个过程由rheed实时监控。
3.根据权利要求1所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，使用磁控溅射技术原位真空制备表面原子级平整的高自旋极化率半金属磁性薄膜靶材fe3o4(001)薄膜，靶材为纯度高于99.95％的高纯fe靶材，腔体的背底真空低于1×10-8torr，溅射时的气压稳定在4×10-3torr，氩气与氧气的流速比例为50sccm:1.5sccm，射频电源功率为50w。
4.根据权利要求1所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，使用磁控溅射技术原位真空制备表面原子级平整的高自旋极化率半金属磁性薄膜靶材fe3o4(001)薄膜的方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，步骤2：衬底准备工作，具体如下：将mgo(001)衬底按顺序分别置于丙酮、酒精和去离子水中进行30min超声清洗，去除衬底表面的油污杂质，清洗完毕后使用氮气吹干衬底，放入样品托，通过真空系统传入生长腔室，将衬底加热至500℃退火30min，随后降温至生长温度300℃。
6.根据权利要求4所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，步骤3：预溅射，具体如下：通入高纯氩气(99.999％)和氧气(99.999％)的混合气体，通过调节抽气速率，使溅射时的气压稳定在4×10-3torr，氧气的流速控制为1.5sccm，氩气的流速控制在50sccm，使用射频电源，设置电源功率50w，开始预溅射，时间15min。
7.根据权利要求4所述的高灵敏度vleed自旋分析器靶材的原位制备方法，其特征在于，步骤4：沉积薄膜，具体如下：，所属步骤(4)为：溅射时衬底温度保持在300℃，样品台旋转速度5rpm，打开样品台挡板开始沉积薄膜，根据溅射的时间控制沉积薄膜的厚度。
