Диссертация (1150477), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В данном параграфе будет исследоваться изменениеспиновой структуры Дираковского конуса графена на Ir(111) после интеркаляции монослояPt.Интенсивность (отн. ед.)Энергия связи (эВ)62Ir SSkII (Å-1)Энергия связи (эВ)Pt-IrISkII (Å-1)Энергия связи (эВ)Рисунок 3.7: (а) Экспериментальные ФЭС спектры внутренних уровней C 1s и Ir 4f длясистем графен/Ir(111)(вверху) и графен/Pt/Ir(111)(внизу) снятые при нормальном угле вылета фотоэлектронов с использованием энергии фотонов 1486.6 эВ (б) ФЭС спектры C 1sи Pt 4f уровней для графен/Pt/Ir(111) снятые при нормальном (вверху) и 50 (внизу) углевылета фотоэлектронов. (в) ФЭСУР спектры в направлении, перпендикулярном ¯K̄ дляграфен/Ir(111) и (г) графен/Pt/Ir(111) с энергией фотонов 21.2 эВ. (д,е) Картины ДМЭ дляграфен/Ir(111) и графен/Pt/Ir(111), соответственно.
На вставках показаны увеличенныеобласти около основного рефлекса.63Графен на Ir(111) формируется путем хорошо отработанной процедуры, каталитическойреакции крекинга молекул пропилена при давлении 2⇥107мБар и температуре образца1100 С. После создания графена на поверхность напылялась ультратонкая пленка платины,после чего образец прогревался до 700 С.
Для изменений в структуре системы до и послеинтеркаляции Pt были измерены рентгеновские фотоэлектронные спектры и картины дифракции медленных электронов. На рис. 3.7а представлены РФЭС спектры внутренних C 1sи Ir 4f уровней для графена на Ir(111) до (вверху) и после (внизу) интеркаляции атомов Pt.В соответствии с предыдущими работами [109, 110] уровни 4f иридия состоят из двух компонент, которые могут быть описаны как объемная (B) и повехностная (S). После напыленияPt и прогрева системы S компонента уровня 4f пропадает, что может свидетельствовать оформировании сплошного слоя Pt между графеном и иридием.
Об этом же свидетельствуетсдвиг уровня C 1s в сторону меньших энергий связи на 0.1 эВ. Такой сдвиг объясняетсяпереносом заряда между графеном и Pt/Ir(111).Более однозначно об интеркаляции сплошного монослоя Pt можно заключить из сравнения РФЭС спектров внутренних уровней снятых под разными углами вылета фотоэлектронов. На рис.3.7б представлены РФЭС спектры внутренних уровней системы графен/Pt/Ir(111) для нормального (вверху) и 50 (внизу) угла вылета.
Как показано на вставкек рисунку при использовании разных углов эмиссии можно варьировать глубину зондирования. Так, при угле эмиссии 50 сигнал ФЭС спектров поступает от более поверхностнойобласти чем в случае нормальной эмиссии. Как видно из рисунка, интенсивность уровня C 1sувеличивается при скользящем угле вылета 50 в 2.27 раза, в то время как интенсивность Pt4f состояний в 1.71.
Это свидетельствует о локализации Pt слоя под графеновым монослоем,то есть об интеркаляции Pt монослоя после прогрева образца.С целью характеризации кристаллической структуры системы были измерены картиныДМЭ до и после интекаляции, представленные на рис.3.7д, е соответственно. Данные получены при энергии пучка перичных электронов 92 эВ.
Для графена на Ir(111) наблюдаетсяхарактерная Муаровая структура 9.3x9.3, обусловленная несовпадением параметров решеток. После интеркаляции Pt монослоя данная структура сохраняется, что свидетельствуето повторении Pt слоем Ir решетки, то есть структуры (1⇥1) относительно Ir(111). Такимобразом, система после интеркаляции Pt может быть представлена как графен со сверхструктурой (9.3⇥9.3) на подложке 1 ML Pt/Ir(111).Интеркаляция Pt монослоя приводит к изменениям в электронной структуре валентнойзоны.
Для исследования этих изменений были получены ФЭСУР спектры для разных направлений в ЗБ. На рис. 3.7 показаны ФЭСУР данные снятые в направлении, перпендику-64лярном ¯K̄, для системы до (в) и после (г) интеркаляции Pt. В соответствии с ранее опуб-ликованными работами графен на иридии характеризуется линейной дисперсией ⇡ состоянийи энергией связи точки Дирака около 0.05 эВ выше уровня Ферми. Также на рисунке 3.7в вобласти энергии связи 0.6-0.9 эВ отчетливо видны локальные запрещенные зоны, образующиеся вследствие сверхструктуры графена. После интеркаляции квазисвободный характердисперсии сохраняется, и наблюдается сдвиг точки Дирака в сторону уменьшения энергиисвязи на 0.2 эВ.
Это положение точки Дирака согласуется с положением для графена наPt(111), см. параграф 1. При энергии связи 0.1 эВ в системе графе/Ir(111) локализуетсяповерхностное состояние иридия, помеченное на рис. 3.7в как Ir SS. После интеркаляцииположение того состояния сдвигается от уровня Ферми, что можно объяснить появлениемPt на интерфейсе и соответствующем переносе заряда. Данное состояние взаимодействует сграфеновыми состояниями, о чем можно заключить из анализа дисперсионных зависимостейв¯K̄ направлении.(б)(а)Энергия связи (эВ)hν=72 eVОбъемная запрещенная зона(в)hν=62 eVRЭффект непересеченияГKkII (Å-1)IIГKkII (Å-1)Рисунок 3.8: (а) ФЭСУР спектры измеренные в ¯ГKIrMG/Pt/Ir(111)KkII (Å-1)K̄ направлении для системы гра-фен/Pt/Ir(111 с использованием энергии фотонов 72 (а) и 62 (б) эВ.
(в) Рассчитанная припомощи метода ТФП зонная структура монослоя Pt на Ir(111), полученная группой проф.Чулкова. Размер символов соответствует электронной плотности на Pt и поверхностныхIr атомах. Красный и синие цвета обозначают проекции спина на ось перпендикулярнуюволновому вектору в плоскости поверхности. Пунктирная линия показывает дисперсиюсвободного графена.На рисунке 3.8а,б представлены экспериментальные ФЭСУР дисперсионные зависимостисистемы графен/Pt/Ir(111) снятые в направлении ¯K̄ при разных энергиях фотонов.
Прииспользовании энергии 72 эВ интенсивность состояний подложки превалирует над графе-65новыми, а для 62 эВ наоборот, ⇡ состояния интенсивнее. Это можно связать с вариациейсечений фотоионизации для разных состояний, и позволяет разделить вклады подложки играфена. На рисунке 3.8б можно видеть ярко выраженную дисперсию ⇡ состояния графена,которая начинается от 8.2 эВ в ¯ точке, доходит до уровня Ферми и пересекает его вблизиK̄ точки. Помимо этого, видны дополнительные реплики ⇡ состояния, отмеченные R, возникающие вследствие Муаровой 9.3⇥9.3 сверхструктуры.
В работах [113, 114] было нагляднопродемонстрировано появление локальных запрещенных зон в местах пересечения основного сигнала ⇡ состояний и ее реплик. Для графена на Ir(111) в направлении ¯K̄ такаязапрещенная появляется при энергии связи 1 эВ и ширина запрещенной зоны достигает 0.23эВ. После интеркаляции Pt сверхструктура графена не меняется, и в электронной структуренаблюдаются такие же эффекты.Помимо графеновых состояний в электронной структуре системы наблюдаются такжезоны Ir(111) подложки.
Несколько ветвей Ir 5d состояний хорошо различаются в диапазонеэнергий связи 0-6 эВ. При приближении спин поляризованных ветвей Ir 5d к ⇡ состояниюграфена видны эффекты непересечения электронных состояний. Аналогичные эффекты наблюдались для графена на Ir(111) и в работе [45] было продемонстрировано индуцированноеспинове расщепление состояний графена вследствие гибридизации зон. После интеркаляцииPt можно ожидать похожую спиновую структуру, однако в области точки K̄ дисперсионныезависимости изменяются, что приводит к модификации спиновой структуры конуса Диракаграфена.Действительно, на рис.
3.8а,б можно видеть интерфейсное состояние I которое локализуется в объемной запрещенной зоне и имеет энергию связи около 0.3 эВ. На рис.3.8в представлен ТФП расчет системы Pt/Ir(111), на котором явно видны состояния внутри объемнойзапрещенной зоны Ir, электронная плотность которых в основном находится на Pt слое. Более того, как видно из рисунка, эти состояния оказываются расщепленными по спину, и вместе их пересечения с графеновым ⇡ состоянием можно ожидать эффекты спин-зависимойгибридизации.Для анализа спиновой структуры системы графен/Pt/Ir(111) были измерены спинразрешенные ФЭСУР спектры в направлении ¯K̄, представленные на рисунке 3.9.
Легковидеть, что вдали от границ ЗБ, при kk =1.3 Å 1 , ⇡ состояние имеет энергию связи в районе3 эВ, и распадается на два пика, вследствие эффектов непересечения с состоянием иридия.Так как 5d состояния иридия спин поляризованы, гибридизация приводит к поляризацииграфеновых зон. Также в спектре наблюдаются особенности при 0.6 и 1.1 эВ, которые в со-66ответствии со спин-интегрированными спектрами являются интерфейсным состоянием I ирепликой ⇡ зоны R.(а)d N(E)/dE2∆SO=30±5 meVKАсимметрия (%)Интенсивность Отн.
ед.)kII (Å-1)Umklappзапрещенная зона∆SO=20±5 meVЭффектнепересеченияRRIπ - состояниеЭнергия связи (эВ)Асимметрия (%)Энергия связи (эВ)(б)2Iπ - состояниеЭнергия связи (эВ)Рисунок 3.9: (а) Спин-разрешенные ФЭСУР спектры измеренные в ¯K̄ направлении длясистемы графен/Pt/Ir(111 с использованием энергии фотонов 62 эВ. Вторая производнаяот N(E) ФЭСУР спектров в районе точки K̄ представлена на вставке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
