Диссертация (1150477), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Видно, что направление ¯ K̄ графена совпадает с направлением ¯ M̄ платины, и наоборот. Какбыло показано выше, ⇡-состояния графена формируют Дираковский конус вблизи точки K̄ЗБ, поэтому направления, проходящие через точку K̄ представляются наиболее интереснымидля исследования электронной структуры.3.1.2Исследование электронной структуры системыДля изучения электронной структуры сформированной системы MG/Pt(111) методомФЭС с угловым разрешением были измерены дисперсионные зависимости электронных состояний в различных направлениях ПЗБ графена. На рис.
3.3(а,б) показаны экспериментальные дисперсии электронных состояний в направлениях ¯K̄ и ¯M̄ ПЗБ графена, снятыепри энергии фотонов 62 эВ. Измерения проводились при комнатной температуре. Представленные дисперсионные зависимости характеризуются ярковыраженной ветвью ⇡-состояний.В направлении ¯M̄ (рис. 3.3(а)) ветвь ⇡-состояний доходит до энергии 2.5 эВ при значе-ниях kk =1.4 Å 1 , соответствующей точке M̄ зоны Бриллюэна графена, см рис. 3.2(в). Придальнейшем увеличении kII имеет место переход во вторую зону Бриллюэна графена и наблюдается обратное увеличение энергии связи ⇡-состояний, что соответствует ходу дисперсионной зависимости в M̄¯ направлении.
В направлении ¯K̄ зоны Бриллюэна графенаветвь ⇡-состояний доходит до уровня Ферми при значениях kk =1.7 Å 1 , соответствующейточке K̄ зоны Бриллюэна графена. В точке K̄ ветвь ⇡-состояний пересекает уровень Ферми. Данное направление соответствует направлению ¯M̄ в зоне Бриллюэна Pt(111). При54этом увеличение значений kk после точки K̄ в зоне Бриллюэна графена, т.е. при kk >1.7 Åсоответствует уже направлению K̄1M̄ во второй зоне Бриллюэна графена.
Поэтому послеточки K̄ ход дисперсионной зависимости ⇡-состояний графена не является симметричным, аинтенсивность ⇡-состояний графена после точки K̄ существенно меньше, чем в первой зонеБриллюэна.(б)(в)Энергия связи (эВ)(a)KÅÅÅРисунок 3.3: Экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний всистеме MG/Pt(111) измеренные при энергии фотонов 62 эВ в направлениях ¯M̄(а) и¯ K̄(б) ЗБ графена. Синими и белыми линиями показаны высокосимметричные точки ПЗБграфена и платины, соответственно. (в) Спиновая поляризация электронных состояний всистеме MG/Pt(111) в направлении ¯ K̄, рассчитанная теоретически при помощи методафункционала плотности группой проф.
Чулкова. На вставке показано ¯K̄ направление вЗБ графена и направление рассчитываемой спиновой поляризацииВ точке ¯ , kk =0, энергия ⇡-состояний графена составляет 8.2 эВ, что соответствует энергиям связи ⇡- состояний, характерным для квазисвободного графена. Об этом же свидетельствует пересечение уровня Ферми в точке K̄ зоны Бриллюэна графена и линейность дисперсионной зависимости ⇡-состояний графена в области точки K̄ . Помимо ⇡-состояний графенана дисперсионных зависимостях валентных состояний на рис.3.3(а,б) видны ветви2,3состо-яний графена, которые локализованы в области энергий связи более 5 эВ и диспергируютв сторону увеличения энергии связи при увеличении kk . Можно также выделить ветви Pt5d состояний, локализованных в области энергий связи 0-3эВ. В точке ¯ данные состоянияимеют энергии 0.1, 0.9 и 1.8 эВ, что коррелирует с энергиями Pt 5d состояний, характернымидля поверхности Pt(111).
С увеличением kk Pt d-состояния диспергируют к уровню Ферми и55пересекают его около M̄ точки ПЗБ Pt(111). Положение M̄ точки ПЗБ Pt показано на рисунке белой пунктирной линией, и соответствует kk =1.4Å 1 . При дальнейшем увеличении kk Ptd состояния вновь входят в регион заполненых состояний во второй ЗБ Pt(111) и пересекают⇡-состояние графена. Точки пересечения графеновых ⇡ и платиновых d состояний имеют место в районе K̄ точки ЗБ графена при энергиях связи 0.7-0.9 эВ и непосредственно на уровнеФерми. Видно, что в местах пересечения наблюдаются локальные отклонения дисперсии ⇡состояния от линейного характера, что можно объяснить взаимодействием графеновых иPt состояний. На представленных на рис.
3.3(а,б) дисперсионных зависимостях валентныхсостояний можно также выделить дополнительные ветви дисперсионных зависимостей, характерные для графеновых доменов, повернутых на 30 относительно основных доменов. Ноэти ветви имеют меньшую интенсивность. Например, в ¯более слабую ветвь, характерную для ¯K̄ направлении можно выделитьM̄ направления, и наоборот.На рис. 3.3(в) показана теоретически рассчитанная спиновая поляризация электронныхсостояний, локализованных на графене в системе MG/Pt(111). Расчеты производились группой проф.
Чулкова, при помощи метода функционала плотности. Дисперсия графенового⇡-состояния может быть представлена как огибающая функция максимумов спиновой поляризации. Подробно анализ спиновой структуры системы будет проведен ниже, здесь жехотелось бы отметить согласование теоретических и экспериментальных дисперсионных зависимостей. Расчеты подтверждают предположение о квазисвободном характере графенана Pt(111), а также о пересечении ⇡-состояния графена d состояниями Pt в районе точкиK̄ ПЗБ графена. Интересно, что расчеты производились для системы с суперструктуройpp3 ⇥ 3)R30 , и, соответственно в “свернутой” ПЗБ.
Таким образом, электронная структураграфена на Pt(111) оказывается более сложной, с соответствующими “свернутыми” ветвя-ми электронных состояний. Однако на экспериментальных дисперсионных зависимостях этиэффекты оказываются практически не видны, вследствие малых матричных элементов перехода “свернутых” ветвей при фотоэмиссии.Так, мы получили, что в системе MG/Pt(111) ⇡-состояние графена пересекает уровеньФерми вблизи K̄ точки ЗБ графена и имеет линейный характер дисперсии в этом регионе.Для более подробного анализа структуры Дираковского конуса нами были измерены дисперсионные зависимости электронных состояний в другом направлении ЗБ графена, перпендикулярном ¯K̄, но проходящим через K̄ точку (рис.
3.4). В данной геометрии при использо-вании p-поляризованного света в фотоэмиссонных спектрах преобладают ⇡-состояния графена, причем интенсивность оказывается симметричной относительно точки K̄ вследствиеизмерений во второй ЗБ графена.56Кроме явного линейного характера дисперсии ⇡-состояния графена вблизи уровня Фермииз рис. 3.4 также видно , что точка Дирака, соответствующая пересечению ⇡ и ⇡ ⇤ состояний,расположена несколько выше уровня Ферми. Наши оценки линейной зависимости с обоихсторон от K̄ точки показывают сдвиг точки Дирака на 150 мэВ выше уровня Ферми.
Интересно, что теоретические расчеты, основанные на разницах в работах выхода Pt подложкии графена и DFT расчеты дают значения сдвига точки Дирака 170-350 мэВ выше уровняФерми [107], в зависимости от расстояния между графеном и Pt. Сравнение наших экспериментальных данных и расчетов позволяет оценить это расстояние в системе MG/Pt(111)d⇡3.0 Å. В таком случае можно ожидать более сильное взаимодействие графена с подложкой, по сравнению с работами [30, 102, 103].вЭнергия связи (эВ)бK-0.2ÅÅ0.00.2ÅРисунок 3.4: Экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний всистеме MG/Pt(111) измеренные при энергии фотонов 62 эВ в направлении, перпендикулярном ¯K̄ ЗБ графена, с использованием p- (а) и s-(б) поляризованного света.
Спиноваяполяризация электронных состояний в системе MG/Pt(111) в направлении, перпендикулярном ¯K̄, рассчитанная теоретически при помощи метода функционала плотностигруппой проф. Чулкова.Несмотря на линейный характер ⇡-состояния вблизи точки K̄ ЗБ графена на рис. 3.4 можно выделить локальные искажения дисперсии в областях, где ⇡-состояния пересекаются с Ptd состояниями. Для того, чтобы разделить вклады графеновых и Pt состояний нами былиизмерены дисперсионные зависимости электронных состояний в той же области и параметрах что и на рис.
3.4(а) но с использованием s-поляризации падающего света, рис. 3.4(б).В этом случае в фотоэмиссионных спектрах преобладают Pt 5d состояния, в то время как⇡-состояния графена практически не видны. На рисунке 3.4(б) выделяются три ярковыра-57женные ветви d состояний Pt, причем две ветви, имеющие большие энергии связи образуютконус, и вырождаются при kk =0 при энергии 1.0 эВ. Другое, наиболее интенсивное состояние локализуется при энергии связи 0.2 эВ, и диспергирует к уровню Ферми при увеличенииkk .
При сравнительном анализе рисунков 3.4(а) и 3.4(б) можно отметить, что пересеченияграфеновых и Pt состояний имеют место непосредственно на уровне Ферми, и при энергияхсвязи 0.5 и 1.5 эВ. Именно в этих регионах наблюдаются искажения линейной дисперсии⇡-состояния графена на рис. 3.4(а), откуда можно сделать вывод о взаимодействии, или гибридизации графеновых ⇡- и Pt d- состояний. Аналогичные результаты были получены прианализе дисперсий в направлении ¯K̄.Теоретические расчеты спиновой поляризации электронных состояний, показанные нарис. 3.4(в) подтверждают линейный характер дисперсии ⇡-состояния графена, а такженебольшой сдвиг точки Дирака выше уровня Ферми. Более того, рассчитанные спинзависимые дисперсионные зависимости подтверждают предположение о гибридизации графеновых ⇡ и Pt 5d состояний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
