Автореферат (1150476), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Полученные результаты демонстрируют спинорбитальное расщепление состояний и создание запрещенной зоны,необходимые для генерации спин-поляризованных токов в графене, а такжеявляющиеся основой для кубитов в квантовых вычислениях. Кроме того, вработе исследуется ряд соединений, являющихся двух- и трехмернымитопологическими изоляторами, и выявляются основные факторы, ответственныеза эффективность их применения. Анализ результатов показывает возможностьуправления уникальной структурой Дираковского конуса в трехмерныхтопологических изоляторах с различным составом, что является необходимымусловием создания устройств на их основе.
Изучение контактов двух- итрехмерных топологических изоляторов позволяет использовать 1Dтопологические состояния в качестве каналов для спинового транспорта ипередачи информации без потерь на рассеяние.Научные положения, выносимые на защиту:1. Обнаружена спиновая поляризация состояний конуса Дирака в графенесформированном на поверхности монокристалла Pt(111). Спиноваяструктура графена на Pt(111) не может быть описана в рамках Рашбамодели и определяется спин-зависимой гибридизацией состояний графена и5d состояний платины.2.
Интеркаляция монослоя атомов Pt под графен на Ir(111) приводит кмодификации спиновой структуры Дираковского конуса. Выявленоуменьшение расщепления типа Рашба и увеличение спин-зависимыхэффектов гибридизации между состояниями подложки и графена.3. Показано формирование запрещенной зоны в электронной структуреграфена при интеркаляции монослоя атомов Pb под графен на Pt(111).Обнаружено, что спиновая структура состояний конуса Диракасоответствует модели Кэйна-Мила для графена в топологической фазе.4. В электронной структуре соединений Bi2Te2.4Se0.6, PbBi2Te2Se2 иPbBi4Te4Se3 выявлено наличие Дираковского конуса и его геликоидальнаяспиновая поляризация. Материалы являются топологическими изоляторамии характеризуются большой шириной объемной запрещенной зоны иварьируемым положением точки Дирака, что необходимо для применения вспиновых устройствах.75.
Прогрев топологического изолятора Bi2Te2.4Se0.6 до 400° C приводит кформированию островков Bi2 на поверхности образца. Обнаруженопоявление дырочных состояний Bi2 в электронной структуре, а также ихспиновая поляризация. Показаны эффекты гибридизации состояний Bi2 иBi2Te2.4Se0.6.Апробация работы.Основные результаты работы были представлены и обсуждались наследующих российских и международных конференциях: Международнаястуденческая конференция “Science and Progress 2012, 2013, 2014, 2015, 2016” (г.Санкт-Петербург, 2012- 2016), XVII Международный симпозиум “Нанофизика инаноэлектроника” (г.
Нижний Новгород, 2013), Международный симпозиум“Trends in MAGnetism” (EASTMAG-2103) (г. Владивосток, 2013), 3-ямеждународная школа по физике поверхности “Технологии и измеренияатомного масштаба” (SSS-TMAS III) (г. Сочи, 2013), 5th Joint BER II and BESSYII User Meeting (г. Берлин, 2013), Moscow International Symposium on Magnetism(MISM 2014) (г. Москва, 2014), New Trends in Topological Insulators (NTTI 2014)Advanced Carbon NanostructuresZПубликации.Материалы диссертации опубликованы в 5 статьях в рецензируемых журналах [A1–A5], индексируемых в базах данных РИНЦ, Web of Science и Scopus.Личный вклад автора.Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либов соавторстве при его непосредственном участии.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав изаключения.
Полный объем диссертации составляет 113 страниц, включая 45рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 131 ссылку.Содержание работыВо Введении обсуждается актуальность работы, её практическая значимость,формулируются цели и задачи диссертации. В конце введения представленынаучные положения, выносимые на защиту, и описывается структурадиссертации.Первая глава носит обзорный характер и посвящена рассмотрениюособенностей электронной и спиновой структуры Дираковского конуса вграфене и топологических изоляторах. В первой части главы с общих позицийописан эффект спин-орбитального (С.О.) взаимодействия и более подробнорассмотрено его влияние на зонную структуру твердых тел.
С.О. взаимодействиев твердых телах может быть разделено на два типа – 1) не зависящее от8симметрии кристалла и пропорциональное атомному номеру материала и 2)связанноеснарушениемсимметриикристаллаиопределяемоесоответствующими градиентами потенциала. Так, на поверхности илиинтерфейсе появляется градиент, перпендикулярный плоскости поверхности иэлектронные состояния расщепляются по спину, этот эффект носит названиеБычкова-Рашба.Во второй части главы рассматривается электронная структура графена и еемодификации под действием С.О.
взаимодействия. Градиент потенциала,перпендикулярного плоскости графенового листа приводит к расщеплению типаРашба состояний конуса Дирака, что было подтверждено экспериментально всистемах графен-5d металлы (Au, Ir). Однако теоретически предсказано что принекоторых условиях (тип и расположение атомов металлов) другой,«внутренний» вид С.О. взаимодействия может преобладать над Рашба эффектом,при этом в точке Дирака открывается спин-орбитальная запрещенная зона. Вэтом случае графен переходит в фазу 2D топологического изолятора.В третьей части главы излагаются основные особенности 2D и 3Dтопологических изоляторов.
В объеме образца эти материалы имеютзапрещенную зону однако на границе с «обычными» материаламихарактеризуются топологически защищенными состояниями, поляризованнымипо спину. Для ряда соединений, таких как халькогениды висмутапродемонстрировано наличие поверхностных топологических состоянийформирующих Дираковский конус.На основании литературного обзорасформулированы основные направления дальнейших исследований.Во второй главе описываются основные экспериментальные методыисследования, которые использовались в работе, а именно:• Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС), которую можно разделить нарентгеновскую ФЭС, позволяющая получать информацию об остовныхуровнях электронной структуры исследуемых систем и• ФЭС с угловым разрешением (ФЭСУР), позволяющая получать подробнуюинформацию о дисперсии электронных состояний в валентной зоне а также• Спин-разрешенная ФЭСУР, позволяющая получать дополнительнуюинформацию о спиновой поляризации исследуемых электронных состояний.• Дифракция медленных электронов (ДМЭ), позволяющая исследовать качествоповерхности образцов, их поверхностную кристаллографическую структуру, атакже ориентировать образцы в требуемых направлениях зоны Бриллюэна дляизмерений методом ФЭСУР.• Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), которая использовалась дляисследования морфологии поверхности и локальной атомной структуры.Также представлены особенности экспериментальных станций и условий прикоторых производились измерения.
Подготовка систем и все экспериментальныеисследования проводились в условиях сверхвысокого вакуума ~1-2·10-10 мБар.9Энергия связи (эВ)бp-pol0.01.02.0-0.20.00.2ÅРис. 1. (а) – Картина дифракции медленных электронов для графена на Pt(111)полученная при энергии первичных электронов 100 эВ. (б) – ФЭСУР данные дляграфена на Pt(111) полученные при энергии фотонов 62 эВ в направленииперпендикуларном ГК зоны Бриллюэна (ЗБ) с использованием p- и s-поляризации (в)света.В третьей главе представлены результаты исследования особенностей конусаДирака в графене при контакте с тяжелыми металлами.
В первой части главыизучается система графен на монокристалле Pt(111). При различных параметрахреакции крекинга возможен рост графеновых доменов с различнойкристалографической ориентацией. При помощи анализа картин ДМЭ удалосьопределить оптимальный режим для роста хорошо ориентированного домена сосверхструктурой √3x√3R30° относительно подложки, см. рисунок 1(а). При этомисследования электронной структуры такой системы демонстрируют линейнуюдисперсию состояний графена вблизи уровня Ферми и положение точки Диракаоколо 150 мэВ выше EF. На рисунке 1(б) представлены экспериментальныеФЭСУР дисперсионные зависимости электронных состояний графена на Pt(111)полученные при p-поляризации света, где легко видеть конус Дирака снебольшим p-допингом. Использование различных поляризаций позволиловыявить эффекты гибридизации состояний графена и Pt и локальных искаженийлинейной дисперсии конуса Дирака вследствие эффектов непересечения. Внаправлении ГК были обнаружена гибридизация Pt 5d состояний в областиэнергий связи 1 эВ и на непосредственно вблизи уровня Ферми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
