Диссертация (1150477), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Голубые линии соответствуют углам эмиссии при которых спектры (б) были сняты. (б)Анализ спиновогорасщепления в спин-разрешенных ФЭСУР спектрах при kk =1.52 и 1.67 Å1путем разло-жения на компоненты.При увеличении волнового вектора, то есть в районе kk =1.3-1.5 Å⇡ состояния восстанавливается и при kk =1.52 Å11линейная дисперсияэнергия связи достигает 1.4 эВ.
При этомдетальный анализ спин-разрешенных спектров с разложением на компоненты, см. рис. 3.9бпоказывает расщепление ⇡ зоны по спину величиной 20 мэВ. Уменьшение спинового расщепления графеновых состояний после интеркаляции Pt может быть связано с изменением67распределения заряда на интерфейсе и соответствующего градиента потенциала, перпендикулярного плоскости.
Интересно, что реплика R демонстрирует почти полную спиновую поляризацию при различных kk до пересечения с основной ветвью ⇡ состояния. Этот эффектна данный момент не был описан в литературе, и может быть связан со спин-зависимымпотенциалом в сверхструктуре 9.3x9.3. Интерфейсное состояние I, в соответствии с теоретическими данными характеризуется расщеплением по спину с величиной порядка 100 мэВ.При дальнейшем росте kk ⇡ состояние графена приближается к интерфейсному состояниюI, и в районе kk =1.6-1.7 Å1наблюдаются спин-зависимые эффекты непересечения, анало-гичные тем что видны при kk =1.3 Å 1 . Наглядно гибридизация ⇡ и I зон видна на вставкек рисунку 3.9, где представлены ФЭСУР данные в области точки K̄ в виде второй производной d2 N (E)/dE 2 . Вследствие гибридизации, в районе энергий связи 0.2-0.5 эВ линейныйхарактер дисперсии ⇡ состояния нарушается, и образуется локальная запрещенная зона.
Детальный анализ спин-разрешенных спектров демонстрирует возрастание спин-орбитальногорасщепления ⇡ зоны вблизи точки K̄ , с величиной 30 мэВ. Данное увеличение объясняетсяиндуцированным С.О. взаимодействием в графене вследствие гибридизации с интерфейснымспин-расщепленным состоянием.Таким образом, интеркаляция монослоя Pt под графен на Ir(111) приводит к модификации электронной структуры системы, изменению допинга графена и сдвигу интерфейсныхсостояний. При этом кристаллическая структуры системы не меняется, сохраняя сверхпериодичность 9.3x9.3.
Вариация интерфейсного потенциала приводит к уменьшению расщепления ⇡ зон графена типа Рашба вдали от точки Дирака. При этом, вследствие гибридизацииспин-расщепленных интерфейсных состояний внутри запрещенной зоны подложки с ⇡ состояниями, спиновое расщепление конуса Дирака возрастает вблизи точки K̄ .
Данное поведениене описывается моделью Рашба, и может приводить к увеличению “внутреннего” С.О. взаимодействия и реализации топологической фазы.3.3Интеркаляция монослоя Pb под графен на Pt(111)За последнее время было опубликовано несколько работ, например [49, 50] в которыхпредсказывается гигантское увеличение спин-орбитального взаимодействия в графене приконтакте с атомами свинца. При этом в зависимости от расположения атомов Pb можетусиливаться как Рашба, так и “внутренний” тип С.О. взаимодействия. В данном параграфебудет исследована электронная и спиновая структура конуса Дирака графена на Pt(111) приинтеркаляции монослоя атомов Pb.68Особенностям формирования графена на Pt(111) был посвящен параграф 1, где былоотмечено, что использование различных параметров реакции крекинга приводит к ростуразных вращательных доменов графена. Вследствие сильного несовпадения параметров решеток графена и Pt(111) большинство доменов оказываются сильно разориентированы, очем свидетельствуют размытые рефлексы на картинах ДМЭ, см.
рис. 3.1. Однако при некоторых параметрах крекинга, а именно при давлении пропилена Ppropylene = 5.0 ⇥ 10 8 итемпературе подложки 900 C возможен рост графена, кристаллическая решетка которогоповернута по отношению к Pt(111) на 30 . Этот домен оказывается хорошо упорядоченным,p pхарактеризуется четкими рефлексами в картинах ДМЭ и образует ( 3⇥ 3)R30 по отношению к подложке. В параграфе 1 было продемонстрировано, что данный домен графена имеетквазисвободный характер и положение точки Дирака при 150 мэВ выше уровня Ферми.
Также были показаны спин-зависимые эффекты гибридизации графеновых ⇡ и платиновых dсостояний приводящие к нетривиальной спиновой структуре конуса Дирака графена.С целью интеркаляции Pb монослоя вначале на поверхность графена на Pt(111) былонапылено свинцовое покрытие толщиной около 3 монослоев методом электронной бомбардровки тигеля с Pb. Затем образец прогревался до 550 С, при этом часть атомов свинцаинтеркалировалась, а другая часть испарялась с поверхности, так как температура прогрева заметно выше температуры плавления Pb (327 С).
Для характеризации системы графен/Pb/Pt(111) были измерены РФЭС спектры при разных углах вылета фотоэлектронов.На рисунке 3.10а представлены РФЭС спектры для C 1s, Pb 4f и Pt 4f уровней системыграфен/Pb/Pt(111) полученные при угле вылета фотоэлектронов 0 (вверху) и 60 (внизу).Разложение спектров на компоненты показывает изменение интенсивности C 1s линии прискользящем угле падения в 0.45 раза в то время как для Pb 4f линии в 0.40 раза. По аналогии с анализом, проведенным в параграфе 2 можно заключить о локализации Pb слоя подграфеновым монослоем, то есть об интеркаляции Pt атомов.С целью изучения кристаллической структуры интеркалированного Pb слоя были измерены картины дифрации медленных электронов.
На рисунке 3.10а представлена картинаДМЭ для графена на Pb/Pt(111) полученная при энергии первичного пучка электронов 70эВ. По краям картины хорошо видны дугообразные рефлексы от различных доменов графеppна, и квадратными символами отмечены рефлексы от домена с ( 3 ⇥ 3)R30 сверхструктурой. Необходимо отметить, что параметры крекинга, используемые для формированияграфена с целью последующей интеркаляции несколько отличались от используемых дляppроста ( 3 ⇥ 3)R30 домена.
Было замечено, что процесс интеркаляции протекает хуже,если на поверхности Pt(111) был выращен преимущественно один домен. Такое наблюде-69(б)(а)Pt4f0°C1s0°Интенсивность (Отн. ед.)Pb4f0°(в)Pbgraphenex2.560°x2.560°x2.560°280260 160140120100Pt(11(г)80Энергия связи (эВ)Рисунок 3.10: (а) РФЭС спектры C 1s, Pb 4f и Pt 4f уровней системы графен/Pb/Pt(111) снятые при нормальном угле эмиссии (вверху) и 60 (внизу) с использованием энергии фотонов360 эВ.
(б) Картина ДМЭ системы графен/Pb/Pt(111) полученная при энергии первичногопучка электронов 70 эВ. Окружностями отмечены рефлексы от Pb монослоя, квадратныp pми символами от 3⇥ 3)R30 графена. (в) Схематичное изображение обратных решетокграфена, Pt(111) подложки и Pb монослоя. (г) Схематичное расположение атомов в системе графен/Pb/Pt(111)70ние объясняется механизмом интеркаляции атомов под графен через границы доменов идефекты. [115, 116] Так, в работе [117] методами электронной микроскопии было продемонстрировано что атомы Pb интеркалируются под графен на Ru(0001) преимущественно черезкрая графеновых островков или границ доменов.Помимо графеновых рефлексов, в картине ДМЭ наблюдаются менее яркие особенностивнутри графеновых шестиугольников. Они помечены окружностями разных цветов и могут быть отнесены к свинцовому слою.
Pt рефлексы практически не заметны, вследствиенебольшой глубины зондирования при использовании энергии электронов 70 эВ. Свинцовыерефлексы образуют довольно сложную структуру, которая описывается тремя поворотнымина 120 доменами сверхрешеток с(4⇥2). Так, обратная решетка одного из поворотных доменов отмечена желтыми линиями, и представляет собой прямоугольник.
Можно показать, чтоповорот Pb решетки на 120 приводит к эквивалентной структуре, поэтому наблюдается равномерное распределение всех трех поворотных доменов Pb слоя. Схематично шестиугольники образованные Pt и графеновыми рефлексами и прямоугольники, образованные Pb слоемпоказаны на рис.3.10б. В прямом пространстве структуру можно представить в виде хороppшо изученного ( 3 ⇥ 3)R30 графена на Pt с интеркалированным слоем Pb, образующимпрямоугольную решетку, см. рис.
3.10вАналогичная структура с(4⇥2) наблюдалась в работе [49] где монослой Pb был интеркалирован под графен на Ir(111). Авторы методом СТМ и СТС показали что слой свинца подграфеном индуцирует гигантское увеличение спин-орбитального взаимодействия в графене.Также авторы провели детальный анализ структуры свинцового слоя, в том числе для системы Pb/Ir(111) без графена. Было продемонстрировано что три поворотных Pb домена спрямоугольными решетками действительно сосуществуют на поверхности Ir(111) и площадьзанимаемая разными доменами приблизительно одинакова. Так как платина и иридий имеют схожие структурные характеристики, можно предположить о формировании в системеграфен/Pb/Pt(111) аналогичного поведения.Интеркаляция монослоя Pb атомов приводит к модификации электронной структурысистемы.
На рисунке 3.11а,б приведены ФЭСУР данные для системы графен/Pt(111) в направлении, перпендикулярном ¯K̄ до и после интеркаляции Pb. Как уже отмечалось впараграфе 1 графен на Pt имеет линейную дисперсию в области точки K̄ и точка Дирака сдвинута выше уровня Ферми на 150 мэВ. После интеркаляции Pb монослоя линейныйхарактер дисперсии в целом сохраняется, при этом положение точки Дирака смещается всторону увеличения энергии связи, до 0.2 эВ. Данный сдвиг можно объяснить переносомзаряда с атомов свинца на графен.
Аналогичный сдвиг точки Дирака наблюдался в графене71(а)EDP=-0.15 eV(б)EDP=0.2 eVEDC at KK(в)(г)Графен/Pt(111)Графен/Pb/Pt(111)Pt 5dKk II (Å-1)k II (Å-1)Рисунок 3.11: (а) ФЭСУР спектры снятые в направлении, перпендикулярном ¯K̄ приэнергии фотонов 40 эВ для графена на Pt(111) и (б) графена на Pb/Pt(111). Данные напанели (б) представлены после вычета фона, описывающегося линейной функцией. (в) ФЭСУР спектры в направлении ¯графена на Pb/Pt(111)K̄ при энергии фотонов 62 эВ для графена на Pt(111) и (д)72после интеркаляции Pb на Ir(111) [49].Таким образом, интеркаляция Pb приводит к сменедопинга графена с p-типа на n-тип.Вследствие переноса заряда разрыхляющая орбиталь ⇡ ⇤ смещается в зону заполненныхсостояний, и становится доступной для ФЭС измерений. Это позволяет проанализироватьповедение состояний графена непосредственно в точке Дирака. На рис.
3.11б справа приведенФЭС спектр для волнового вектора, соответствующего K̄ точке ЗБ графена. Легко видеть,что в точке K̄ состояния ⇡ и ⇡ ⇤ не пересекаются, таким образом формируя запрещеннуюзону шириной порядка 0.2 эВ.На рисунках 3.11в и г представлены ФЭСУР спектры системы до и после интеркаляцииPb в направлении ¯K̄. Для лучшей визуализации данных, показана первая производнаяdN (E)/dE ФЭСУР данных. Как уже отмечалось выше, электронная структура платины характеризуется набором ветвей 5d состояний, отмеченных на рисунке (в).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
