Автореферат (1150476), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Вследствиебольшого спин-орбитального расщепления платиновых состояний эффектыгибридизации оказываются спин-зависимыми. Спин-разрешенные ФЭСУРданные полученные при нескольких углах эмиссии фотоэлектроновдействительно демонстрируют снятие вырождения графеновых состояний поспину. При этом величина спинового расщепления π состояний зависит отволнового вектора. Вдали от точки K ЗБ графена и пересечения с Pt 5d зонаминаблюдается расщепление с величиной около 100 мэВ. При приближении кплатиновым состояниям спин-зависимые эффекты непересечения приводят кувеличению расщепления конуса Дирака. Такое поведение не может бытьописано моделью Рашба, однако p-допинг графена на Pt(111) не позволяетизучить структуру непосредственно вблизи точки Дирака.10Асимметрия (%)d2N(E)/dE2Энергия связи (эВ)Интенсивность (Отн.
ед.)(а)(б) π - состояниеK(в)kII (Å-1)R∆SO=20±5 мэВЭнергия связи (эВ)I∆SO=30±5 мэВЭнергия связи (эВ)Рис. 2. (а) – Дисперсионные зависимости электронных состояний для системыграфен/Pt/Ir(111) измеренные в направлении при энергии фотонов 62 эВ. Синимилиниями указаны углы эмиссии, при которых были измерены спин-разрешенныеспектры. (б,в) – Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением, измеренныепри углах эмиссии, отмеченных на (а).Во второй части главы исследуются особенности системы графен на Ir(111) синтеркалированным монослоем атомов платины.
При помощи метода РФЭСпоказано что напыление монослойного покрытия Pt на графен на Ir(111) ипрогрев системы до 700° С приводит к интеркаляции атомов Pt под графен.Количественный анализ РФЭС спектров полученных при разных углах эмиссиипозволяет оценить толщину Pt слоя, которая оказывается около 2.5 Å, то естьпорядка одного монослоя. Анализ картин ДМЭ демонстрирует сохранениесверхструктуры (9.3x9.3) после интеркаляции, что свидетельствует о повторенииPt атомами решетки подложки.
При этом в электронной структуре системынаблюдаются некоторые изменения. Конус Дирака графена сохраняется, ноточка Дирака сдвигается до 200 мэВ выше уровня Ферми, что согласуется сположением в графене на монокристалле Pt. В области точки K ЗБ графена вобъемной электронной структуре Ir(111) имеет место локальная запрещеннаязона, по краю которой проходят поверхностные состояния. После интеркаляциимонослоя Pt данные состояния сдвигаются от уровня Ферми вглубь запрещеннойзоны на 200 мэВ. На рисунке 2 представлены дисперсионные зависимостисостояний в области точки K , где видно что гибридизация графеновых иинтерфейсных состояний приводит к изгибам линейной дисперсии состоянийвблизи уровня Ферми.11Интеркаляция атомов Pt также приводит к модификации спиновой структурыконуса Дирака.
Ранее в работе [5] было показано что в графене на Ir(111)наблюдается спиновое расщепление типа Рашба, с величиной расщепленияоколо 50 мэВ, слабо зависящей от волнового вектора. Анализ спин-разрешенныхданных системы после интеркаляции Pt монослоя демонстрирует уменьшениеРашба расщепления состояний. На рисунке 2(б) представлены спектры соспиновым разрешением для угла эмиссии, отмеченного на (а), соответствующегооколо волновому вектору около 1.5 Å-1.
Наблюдается расщепление около 20мэВ π состояний графена, а также видно спиновое расщепление интерфейсныхсостояний находящихся при энергии связи 0.2-0.3 эВ. При приближенииграфеновых состояний к интерфейсным спин-зависимые эффекты непересеченияувеличивают расщепление конуса Дирака. На рисунке 2(в) показаны спинразрешенные спектры для угла эмиссии, близкого к K точке ЗБ графена, гдевидно расщепление состояний около 30 мэВ вблизи уровня Ферми.
Такаяспиновая структура может соответствовать повышенному «внутреннему» типуС.О. взаимодействия, однако по аналогии с графеном на Pt(111) точка Дираканаходится в зоне незаполненных состояний что затрудняет исследованиеформирования С.О. запрещенной зоны.В третьей части главы изучается электронная и спиновая структура системыграфен на Pt(111) с интеркалированным монослоем Pb.
С использованием методаФЭС при различных углах эмиссии удалось установить интеркаляциюоднородного слоя Pb после напыления атомов свинца и прогрева системы до550° С. Анализ картин ДМЭ показал что атомы Pb формируют сверхструктуруc(4x2) с прямоугольной ячейкой, при этом наблюдается три эквивалентныхвращательных домена этой структуры. Расположение свинцовых атомов поотношению к графеновой решетке оказывается эквивалентным, что можетусиливать эффекты индуцирования «внутреннего» С.О.
взаимодействия.Интеркаляция Pb атомов приводит к изменениям в электронной структуреграфена. На рисунке 3(а,б) представлены дисперсионные зависимости снятые внаправлении ГК для графена на Pt(111) до (а) и после (б) интеркаляции Pbмонослоя. Видно что интеркаляция Pb атомов приводит к сдвигу π зоны всторону увеличения энергии связи на 350 мэВ.
Данный эффект можно связать спереносом заряда со свинцовых атомов на графен что приводит к переходу π*состояния в зону заполненных состояний. Таким образом, интеркаляция Pbмонослоя меняет тип проводимости графена с p-типа на n-тип. Также надисперсионных зависимостях можно видеть ослабление гибридизации Pt 5d играфеновых состояний после интеркаляции Pb монослоя. Более того, в точке Kπ и π* зоны не пересекаются, образуя запрещенную зону, шириной около 200мэВ. Так как атомы Pb не нарушают AB симметрии графеновых подрешетокпричиной открытия запрещенной зоны может быть спин-орбитальноевзаимодействие.12(а)Графен/Pt(111)(б)Графен/Pb/Pt(111)(в)Pt 5dKk II (Å-1)(г)k II (Å-1)Рис. 3.
(а) – Дисперсионные зависимости электронных состояний валентной зоныдля системы графен/Pt(111) до и (б) после интеркаляции монослоя атомов Pb,измеренные в ГК направлении ЗБ графена (энергия фотонов 62.5 эВ). (в) – КартинаДМЭ для системы графен/Pb/Pt(111) с отмеченными обратными решетками графенаи свинца и (г) – схематичное расположение атомов в системе.Для изучения спиновой текстуры конуса Дирака в системе графен/Pb/Pt(111)были измерены ФЭСУР спектры со спиновым разрешением для разных угловэмиссии. Анализ данных показал что спиновое расщепление практическиотсутствует (<10 мэВ) для нижней части конуса Дирака и достигает 100 мэВ дляверхней его части. Такая спиновая структура может быть получена сиспользованием модели Кэйна-Мила, если внутреннее С.О.
взаимодействиеоказывается большим чем внешнее, или Рашба-взаимодействие. В этом случаемежду нижней и верхней частями конуса Дирака открывается запращенная зона,и графен переходит в фазу 2D топологического изолятора. Таким образом,интеркаляция Pb атомов под графен на Pt(111) приводит к формированиюзапрещенной зоны, причем спиновая структура состояний конуса Диракасоответствует модели Кэйна-Мила для графена в топологической фазе.Основные результаты данной главы опубликованы в работах [A1-A3].В четвёртой главе проведены исследования электронной и спиновойструктуры соединений Bi2Te2.4Se0.6, PbBi2Te2Se2 и PbBi4Te4Se3 и выявлено чтоони являются трехмерными топологическими изоляторами.
В первой частиглавы изучается зонная структура и спиновая поляризация состояний материалаBi2Te2.4Se0.6. Демонстрируется наличие конуса Дирака образованногоповерхностными состояниями, причем положение точки Дирака и групповыескорости электронов на уровне Ферми согласуются с предсказанными в данномсоединении величинами.
Выявлена спиновая поляризация состояний конусаДирака, противоположная для волновых векторов с разным знаком. Помимотопологических состояний в валентной зоне обнаружены тривиальные13Bi2QLQLT=300 COQLT=400O CQLBi2QLBi2Bi2Bi2Bi2Bi2QL°°Bi2DCKQLKMKk II-1k II-1Рис. 2. (а) – Панорамные СТМ изображения для чистой поверхности Bi2Te2.4Se0.6, (б)поверхности после прогрева 300 С и (в) после прогрева 400 С. (г) ФЭСУР данные ввиде второй производной N2(E)/dE2 от измеренных спектров для Bi2Te2.4Se0.6 до и (д)после прогрева. (е) Карты ФЭСУР данных в двух направлениях волнового векторадля системы после прогрева. Данные получены при энергии фотонов 17 эВ.поверхностные состояния, расположенные в локальной запрещенной зонематериала, которые расщеплены по спину в соответствии с моделью Рашба длядвумерного электронного газа.Во второй части главы исследуется электронная и спиновая структурасоединений PbBi2Te2Se2 и PbBi4Te4Se3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
