Диссертация (1145323), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

5.13a крестами по­казаны измеренные изоэнергетические контуры на уровне Ферми и при энергиисвязи 0.5 эВ. Сплошными линиями показаны контуры, полученные в результатеаппроксимации моделью сильной связи с учетом трех координационных сфер.Модельные контуры демонстрируют хорошее соответствие эксперименту припараметрах 0 = −2.523, = −3.327, 2 = −0.417, 3 = −0.452, = 2 =3 = 0.06.

Используя в качестве функции (k) интерполяцию эксперименталь­ных данных, приведенную на рис. 5.13b, получено среднее значение = 0.34.При этом перенос заряда в данном эксперименте составил 0.145 электрона наэлементарную ячейку.Для оценки температуры перехода можно воспользоваться формулой Мак­миллана [312, 313]:(︂)︂⟨⟩1.04( + 1) =exp −,1.2 − (1 + 0.62)*(5.11)где * – экранированный кулоновский псевдопотенциал, а ⟨⟩ – средняя темпе­ратура фононов, определяемая выражением2⟨⟩ =∞Z2 ().(5.12)0Используя псевдопотенциал * = 0.14 из работы [314] и определив из результа­тов анализа данных ФЭСУР среднюю температуру фононов ⟨⟩ = 1600 ± 100 K,можно получить оценку критической температуры ≈ 0.4 K, соответствующей198среднему значению . Максимальному значению = 0.4 соответствует темпера­тура ≈ 1.5 K. Эти температуры являются доступными для экспериментальногонаблюдения, например, с помощью низкотемпературной сканирующей туннель­ной спектроскопии, позволяющей зарегистрировать появление псевдощели науровне Ферми при конденсации куперовских пар [315].

Таким образом, систе­ма Li/графен/Co Si является весьма перспективной для наблюдения и изучениясверхпроводимости в однослойном графене.5.3. Выводы к главеПоказано, что хемосорбция атомарного водорода на квазисвободный графен(в системе графен/Au/Ni) приводит к энергетическому расщеплению остовногоуровня C 1s на три компоненты вследствие химических сдвигов, что позволяетуверенно определять концентрацию водорода и контролировать ее в процессегидрирования с помощью РФЭС.

Сравнительный анализ хемосорбции водородаи дейтерия показал существование обратного кинетического изотопного эффек­та. В частности, адсорбция дейтерия происходит заметно активнее. При этомнасыщенное покрытие, которое в случае дейтерия составляет ∼ 35%, оказы­вается выше, чем при адсорбции водорода (∼ 25%).

Это объясняется большейэнергией связи дейтерия с графеном, обусловленной более низкой нулевой энер­гией вибраций из-за большей массы атома. Изучение влияния гидрирования наэлектронную структуру графена показало образование запрещенной зоны, ши­рина которой достигает ∼ 1 эВ. Это дает возможность эффективного управленияэлектронной структурой и проводимостью графена после его синтеза.Методами ФЭС исследован процесс формирования контакта графена с си­лицидом кобальта, полученным с помощью интеркаляции кремния в интерфейсграфен/Co(0001). Обнаружено, что проникновение Si в кобальт приводит к обра­зованию твердого раствора в объеме и формированию кристаллической фазы си­лицида кобальта с вероятной стехиометрией Co2 Si на поверхности металла. По­199казано, что графен слабо взаимодействует с поверхностным силицидом, поэтомудисперсия электронных состояний вблизи уровня Ферми имеет вид дираковскогоконуса, характерного для свободного графена.

Это открывает возможности длядальнейшего электронного допирования графена и изучения электрон-фонон­ного взаимодействия. С этой целью на поверхность сформированной системыграфен/силицид наносился тонкий слой лития. С помощью ФЭСУР обнаружено,что адсорбция лития приводит к сильному переносу заряда, достигающему 0.16электрона на элементарную ячейку, что равноценно концентрации электроновв зоне проводимости 3 · 1014 см−2 . Это число значительно превышает величи­ну допирования, достигаемую при адсорбции лития на поверхность системыграфен/Au/Ni, что выявляет существенное влияние материала подложки на до­стижимую концентрацию носителей заряда.Изучение электрон-фононного взаимодействия в сильно допированном гра­фене позволило обнаружить значительную анизотропию функции Элиашбергаи константы электрон-фононной связи.

Показано, что в спектре взаимодействияпомимо оптических фононов графена с энергией 0.16−0.2 эВ присутствуют низ­коэнергетичные фононы с энергией около 0.07 эВ. Последние вносят домини­рующий вклад в анизотропию ЭФВ. Оценка среднего значения константы элек­трон-фононной связи дала значение = 0.34, что может быть достаточным дляпоявления сверхпроводимости в допированном графене при температуре около0.4 K. Такая температура является доступной для современных эксперименталь­ных методов изучения сверхпроводимости. Поэтому система Li/графен/Co Siможет рассматриваться как перспективный кандидат для обнаружения и изуче­ния сверхпроводимости в однослойном графене.Представленные в главе результаты опубликованы в работах [3, 8, 10, 14,15].200Глава 6Спиновое расщепление электронных состоянийграфена при контакте с ферромагнетикомСреди наиболее привлекательных свойств свободного графена, обеспечи­ваемых коническим видом дисперсии электронных состояний [101], следует от­метить рекордно высокую подвижность носителей заряда [31], а также боль­шую длину спиновой релаксации [30].

Эти свойства открывают перспективыприменения графена в электронике следующего поколения, использующей спи­новую степень свободы [30, 92]. Однако, электронная структура и свойстваграфена претерпевают значительные изменения, когда он находится в контак­те с ферромагнитными металлами [63, 91], используемыми в качестве источ­ников спин-поляризованных электронов (спиновых инжекторов). Поэтому дляпрактических целей важной задачей является выявление подходящей системыграфен/ферромагнетик, в которой в значительной мере могла бы сохранятьсяконическая электронная структура вблизи уровня Ферми и сопутствующие элек­тронные свойства.Многочисленные исследования электронной структуры систем гра­фен/металл показали (см.

раздел 1.2.5), что благодаря взаимодействию меж­ду C 2 и -состояниями металла, -состояния графена могут претерпеватьзначительные изменения и отодвигаться по энергии от уровня Ферми. Этохарактерно, например, для некоторых металлов, характеризуемых открытойи химически активной -оболочкой, как в случае Ni, Co, Fe, Rh, Re, и Ru[75, 86, 90, 93, 208, 260, 316–319]. Только в случае слабого взаимодействия сподложкой конус Дирака остается почти нетронутым. Это предсказано теорети­чески [63] и многократно наблюдалось экспериментально в случае графена наподложках Au, Cu, Ir, Pt, Al и на силицидах, где точка Дирака оказывается близкак F [9, 12, 93, 95, 208, 262, 320]. В случае подложек, представляющих интерес201с точки зрения магнетизма, в частности Ni(111) и Co(0001), конус Дирака моди­фицирован особым образом.

Он расщеплен на несколько частей, сохраняющихнекоторое сходство с дираковским конусом свободного графена. Основная частьнеоднократно наблюдалась в фотоэмиссионных экспериментах в виде конуса Ди­рака без запрещенной зоны, с вершиной при энергии связи 2.8 эВ [90]. Состояниявблизи вершины значительно смешаны с 3-состояниями металла [86, 90, 321].Это смешивание разрушает коническую зону выше энергии 2 эВ. До сих порне было обнаружено таких ферромагнитных подложек, на которых дисперсияэлектронных состояний графена была бы близка к электронной структуре квази­свободного графена.

Интересно то, что теоретические расчеты предсказывают,что несмотря на сильное искажение линейной дисперсии -состояний под влия­нием гибридизации с -орбиталями, вблизи уровня Ферми должна существоватьконусообразная интерфейсная зона в случае графена на некоторых ферромагне­тиках [63, 86, 90, 91, 321–323]. Это может дать возможность получения желаемыхэлектронных и магнитных свойств в таких интерфейсах.В данной главе впервые экспериментально продемонстрировано существо­вание электронных состояний с дисперсией, подобной дираковскому конусу свершиной вблизи F , в интерфейсе графен/ферромагнетик. Изучение высоко­ориентированной системы графен/Co(0001) с помощью ФЭСУР со спиновымразрешением показало, что наблюдаемая конусообразная зона образована элек­тронами лишь с одним направлением спина.

Система с такой особенностьюмогла бы служить источником спин-поляризованного тока, являющимся однимиз основных компонентов устройств спинтроники. Ключевой характеристикойсистемы, приводящей к появлению такой особенности, является высокое каче­ство структуры интерфейса, достижимое при выборе подходящего протоколасинтеза.2026.1. Формирование и структура высокоориентированногоинтерфейса графен/Co(0001)Чистая поверхность Co(0001) была получена в результате формированиякристаллической пленки кобальта толщиной 10 нм на чистой подложке W(110)при комнатной температуре в условиях СВВ при скорости напыления около1.5 Å/мин.

Графен был синтезирован методом CVD непосредственно после фор­мирования подложки. При этом поверхность нагревалась до температуры 560или 660∘ C и выдерживалась в пропилене при давлении 10−6 мбар в течение 15мин. При таких условиях рост графена ограничен формированием одного слоя[9, 90, 317]. Однослойность графена подтверждалась данными РФЭС по отноше­нию интенсивностей линий C 1 и Co 3.

В зависимости от температуры синте­за достигалась различная степень ориентированности графена. Гексагональнаяплотнейшая упаковка атомов кобальта была подтверждена с помощью рентге­новского монокристального дифрактометра Bruker “D8 DISCOVER” в РесурсномЦентре Рентгеновских Дифракционных Методов Научного Парка СПбГУ.Изучение структурных характеристик однослойного графена, выращенно­го на поверхности Co(0001) показало, что графен, хорошо ориентированный всоответствии с решеткой подложки, может быть получен лишь в определенномдиапазоне температур синтеза. В качестве примера на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации