Автореферат (1150501), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Спектры дляпротивоположных проекций спина показаны красным и синим цветом.10разрешением для данных систем представлены на рис. 2(б),(г), соответственно.Величина расщепления определяется спин-орбитальным взаимодействием вподложке вольфрама, и для Cu/W величина расщепления вплоть до уровняФерми больше, чем для Au/W, несмотря на существенно меньший атомныйномер Cu по сравнению с Au.
На основании теоретических расчетов для Au/W,подтверждающих экспериментальные результаты, обнаружено, что если мыпренебрегаем спин-орбитальным взаимодействием в слое Au, то величинарасщепленияпоспинуформируемыхгибридизованныхсостоянийувеличивается, и их дисперсионные зависимости становятся подобны тем, чтонаблюдаются для Cu/W (где Cu обладает меньшим атомным номером и спинорбитальным взаимодействием), т.е. с практически постоянной величинойрасщепления вдоль kII вплоть до уровня Ферми.
Таким образом, слабое спинорбитальное взаимодействие в Cu приводит к большей величине спинорбитального расщепления формируемых гибридизованных состояний вмонослое Cu/W(110), по сравнению с монослоем Au/W(110), при этомрасщепление по спину гибридизованных состояний определяется влияниемспин-орбитального взаимодействия в подложке и зависит от взаимнокомпенсирующих вкладов в спин-орбитальное взаимодействие от атомовподложки и напыленного металла.Основные результаты данной главы опубликованы в работах [A3], [A4].В четвёртой главе проведены исследования электронной и спиновойструктуры графена, синтезированного на поверхностиNi(111) иинтеркалированного атомами металлов Au (Z=79), Cu (Z=29), Bi (Z=84), играфена, синтезированного на Pt(111) (Z=78).
Изучены эффектыиндуцированного спин-орбитального взаимодействия в графене, имеющеммалый атомный номер (Z=6), при контакте с различными металлами. Показано,что интеркаляция Au, Cu, Bi под графен на Ni(111) приводит к восстановлениюэлектронной структуры квазисвободного графена с линейной дисперсионнойзависимостью π состояний в области точки K зоны Бриллюэна (ЗБ) графена иблокировке сильного взаимодействия графена с подложкой Ni.
Обнаруженоаномальнобольшоеиндуцированноеподложкойспин-орбитальноевзаимодействие в графене на Ni(111) с интеркалированным Au и в графене наPt(111) с величиной спинового расщепления π состояний до 100 мэВ и 80 мэВ,соответственно. Данное индуцированное спин-орбитальное взаимодействиеобусловлено спин-зависимой гибридизацией π состояний графена со спинполяризованными d состояниями подложки (Au или Pt). Отличительнойособенностью графена на Pt(111) является то, что спин-зависимые эффектыгибридизации электронных состояний происходят непосредственно вблизиуровня Ферми, что может быть эффективно использовано в спинтронике (даннаявозможность обсуждается в главе 7). В случае интеркаляция Cu подграфен/Ni(111) также наблюдается эффекты гибридизации π состояний графена сd состояниями Cu и разрывы дисперсионных зависимостей в областипересечения этих состояний, однако ввиду малого атомного номера Cu, вэксперименте не наблюдается различимое спин-орбитальное расщепление π11состояний графена.
Кроме того показано, что интеркаляция Bi под графен наNi(111), вследствие отсутствия в валентной зоне Bi d состояний, не приводит кспин-орбитальному расщеплению π состояний, несмотря на большой атомныйномер Bi. Основные результаты, представленные в данной главе, опубликованыв работах [A1], [A2], [A5].Пятая глава посвящена исследованию процесса интеркаляции Al под графенна Ni(111).
Исследование электронной структуры остовных уровней и валентнойзоны показало, что процесс интеркаляции сопровождается сплавлениеминтеркалированного Al с Ni подложкой и происходит в несколько этапов:первоначальное напыление Al с последующим термическим отжигомсопровождается растворением интеркалированного Al в слое Ni иформированием в приповерхностной области сплава с превалирующейконцентрацией атомов Ni со стехиометрией, близкой к Ni3Al.
Дальнейшееувеличение концентрации интеркалированного Al (путем последующегонапыления Al и прогрева системы) приводит к существенному изменениюстехиометрии сплава и постепенному выделению на интерфейсе фазыповерхностного сплава со значительной концентрацией Al, что можнотрактовать как постепенное накопление атомов Al на интерфейсе под графеном.При достаточной концентрации атомов Al на интерфейсе формируетсясплошной слой атомов Al, который в конечном итоге «блокирует» сильноевзаимодействие графена с Ni подложкой, приводя к формированию электроннойструктуры, характерной для квазисвободного графена. Данный механизминтеркаляции Al под графен отличается от механизмов интеркаляции другихметаллов, таких как Au, Cu и др.После накопления на интерфейсе под графеном сплошного слоя атомовинтеркалированного Al (т.е.
после окончания формирования системы, которуюможно рассматривать в качестве графена с интеркалированным Al) электроннаяструктура графена характеризуется небольшим сдвигом зоны π состояний на∼0.4 эВ в сторону увеличения энергии связи относительно уровня Ферми иформированием в точке Дирака небольшой запрещенной зоны. Кроме того, вотличие от интеркаляции благородных металлов под графен, при интеркаляцииAl искажений и разрывов дисперсионных зависимостей π состояний вэлектронной структуре графена не происходит, и в целом структурадисперсионных зависимостей графена после интеркаляции Al подобнаструктуре, характерной для квазисвободного графена.
Основные результаты,представленные в данной главе, опубликованы в работе [A6].Шестая глава является одной из основных глав диссертации. В нейобсуждается открытие нового эффекта в электронной спиновой структуревысокоориентированного графена на ферромагнитной подложке Co(0001) синтеркалированными атомами Au с большим атомным номером и спинорбитальным взаимодействием. Хорошо ориентированный графен наповерхности (95Å)Co(0001)/W(110) был синтезирован в соответствии сусловиями, описанными в работе [5]. Интеркаляция атомов Au производилась12путем напылением слоя золота (3.6 Å) на поверхность графена с последующимотжигом системы при температуре 450-500оС.
Электронная структура графена наCo(0001) с интеркалированным Au показана на рис. 3(а). Интеркаляция Au подграфен/Co(0001) приводит к блокировке сильного взаимодействия с подложкойCo и формированию квазисвободного графена с линейной зависимостью πсостояний в области точки K ЗБ графена и точкой Дирака локализованной на ~40 мэВ выше уровня Ферми. В области пересечения π состояний графена с dсостояниями Au наблюдаются разрывы дисперсионных зависимостей (см.область энергий связи от 2.5-7 эВ на рис. 3(а)), которые могут быть описаны спозиции спин-зависимых эффектов непересечения, аналогично случаюинтеркаляции Au под графен на Ni(111) (данные результаты описаны в главе 4 ив работе [A5]).
Также для системы графен/Au/Ni(111) было показано, чтовследствие гибридизации электронных состояний графена и Au, наблюдаетсяиндуцированное спин-орбитальное взаимодействие в графене, приводящее красщеплению π состояний по спину. Детальные исследования спиновойструктурысистемыграфен/Au/Co(0001)показалиформированиенесимметричной спиновой структуры π состояний графена для двух долинпротивоположных точек K и K ЗБ графена.
Измерения в области точек K и K производились путем поворота образца на азимутальный угол 180о (φ). Системабыла намагничена внешним магнитным полем с преимущественной ориентациеймагнитного момента перпендикулярно измеряемой проекции волнового вектораkII. На рис. 3(б),(в) представлены фотоэлектронные спектры π состояний соспиновым разрешением, измеренные вблизи уровня Ферми в области точек K иK , соответственно. Показано, что в области точки K спиновое расщепление πсостояний достигает 150 мэВ, что является аномально большой величинойРис. 3. (а) – Дисперсионные зависимости электронных состояний валентной зоныдля системы графен/Au/Co(0001), измеренные в ГК направлении ЗБ графена(энергия фотонов 62.5 эВ). (б), (в) – Фотоэлектронные спектры с угловым испиновым разрешением, измеренные в направлении ГК ЗБ графена при значенияхkII в области точки K – (б) и точки K – (в) ЗБ графена.
Энергия фотонов 62.5 эВ.Синим и красным цветом обозначены спектры для противоположных проекцийспина.13расщепления электронных состояний для графена. А в областипротивоположной точки K спиновое расщепление существенно меньше и непревышает величину в 40-60 мэВ. В работе показано непосредственное влияниемагнитного поля на величину спинового расщепления при изменениинаправления намагниченности образца, что подтверждает вклад обменноговзаимодействия в расщепление π состояний по спину.
Таким образом,индуцированное подложкой Co обменное взаимодействие и индуцированноеатомами Au спин-орбитальное взаимодействие приводит к взаимному влияниюна спиновую структуру π состояний графена, проявляющемуся в увеличениивеличины спинового расщепления в одной точке K и существенномууменьшению – в противоположной точке K .Исследования локальной атомной структуры методом сканирующейтуннельной микроскопии (СТМ) при комнатной температуре показали, что приопределенных параметрах сканирования в СТМ изображениях можно наблюдатьне только классическую картину муара (рис. 4(б)), но и треугольныепериодические дислокации (рис.
4(а)) с периодом, равным периоду муара (дляданной системы это сверхструктура с периодичностью (9.5×9.5), обусловленнаянесовпадением кристаллических решеток Au и графена, Au и Co). При этомСТМ изображение области между треугольными структурами на рис. 4(д)показывает хорошо упорядоченную гексагональную структуру графена.
Нарисунке 4(в) профиль 1 СТМ изображения демонстрирует период данныхтреугольных структурных дислокаций, а профиль 2 показывает, что толщинастороны каждого треугольника составляет 1 атом (~2-3 Å). Подобныеструктурные дислокации ранее наблюдались для системы Au/Ni(111) [6]. Ввидуподобия кристаллической структуры Ni(111) и Co(0001), показано, чтоРис. 4. СТМ изображения одной и той же области на поверхности системыграфен/Au/Co(0001) при различных параметрах сканирования: (а) соответствуетнапряжению = 5 мВ и туннельному току = 0.43 нА, (б) – = 2 мВ и = 0.43 нА.(в) СТМ изображение системы графен/Au/Co(0001) с треугольными структурнымидислокациями, = 10 мВ и = 0.4 нА.
Показаны профили поверхности вдольконтуров 1 и 2, отмеченных на СТМ изображении. (г) – Моделирование атомнойструктуры монослоя Au/Co(0001). (д) – СТМ изображение 1×1 нм при = 5 мВ, =0.4 нА, показана гексагональная структура графена.14вследствие энергетически невыгодного расположения атомов Au on-top надатомами Co из верхнего слоя подложки, пять атомов Co в подложке смещаются,образуя треугольную дислокационную петлю. Слой золота покрывает подложку,и атомы Au оказываются в различных положениях по высоте на краях и ввершинах треугольных дислокаций, что и наблюдается в СТМ изображениях.Проведено моделирование наблюдаемых треугольных дислокаций (на рис. 4(г)показан результат моделирования для монослоя Au/Co(0001)), на основании чегопроведены теоретические расчеты электронной и спиновой структуры системыграфен/Au/Co(0001).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
