Диссертация (1150742), страница 10
Текст из файла (страница 10)
3.7 (правая панель) показаныизменения в энергии связи для 55/2 состояния Bi. Совместная интеркаляция атомов Bi и Au не меняет существенным образом положение 55/2внутреннего уровня Bi, что свидетельствует о слабом химическом взаимодействии между атомами Bi и Au под графеном. Стоит отметить, что вокрестности уровня Ферми появляется дополнительный пик после интеркаляции ∼0.5 ML атомов Au.
Подобная особенность наблюдалась в работе69[15] по интеркаляции 1 ML атомов Au и Cu под графен на Ni(111). Вопрос их появления не ясен до сих пор и требует проведение дальнейшихисследований.На рис. 3.8 приведена картина ДМЭ для системы MG/Bi+Au/Ni(111).Представленная картина ДМЭ близка к структуре (1×1) со слабо выраженными рефлексами сверхструктуры большей периодичности, что позволяетпредположить о выравнивании интеркалированного слоя атомов Bi и Au.Рис. 3.8. Картина ДМЭ для MG/Ni(111) после интеркаляции совместного слоя атомов Biи Au.Дисперсия и состояний графена после совместной интеркаляцииатомов Bi и Au, измеренная вдоль направления Γ̄K̄ ЗБ показана на рис.3.9а. На рис.
3.9б показана более детально область дисперсии в окрестности точки K̄ ЗБ графена. Дисперсия состояния графена остается сдвинутой до энергий связи, свойственной для квазисвободного графена, как и вслучаях раздельной интеркаляции атомов Au и Bi под графен. Стоит отметить, что за счет гибридизации между состоянием графена и 5 состоя70ниями Au формируются локальные запрещенные зоны в местах их пересечения (на рис.
3.9а данные особенности отмечены красными пунктирнымиокружностями). Однако, ширина локальных запрещенных зон меньше, чемпри интеркаляции 1 ML атомов Au [14–16]. Из полученных результатовне выявлено явного формирования запрещенной зоны в области точки Дирака для данной системы. Причем, верхний конус Дирака ( * состояние)расположен вблизи уровня Ферми.
Это означает, что система MG/Ni(111) синтеркалированным слоем атомов Bi и Au отсутствует тип проводимости. Вчастности, электронная структура системы MG/Au+Bi/Ni(111) очень похожа на электронную структуру графена с интеркалированным 1 ML атомовAu [14–16].На рис. 3.9в показана детально область дисперсии в окрестности точкиK̄ ЗБ для графена интеркалированного ∼0.9 ML атомов Bi. Зонные структуры на рис. 3.9б и рис.
3.9в практически идентичны. Стоит отметить,что данные ФЭСУР спектры были записаны на разных экспериментальных станциях с различной геометрией регистрации фотоэлектронов (вертикальная и горизонтальная ориентация входной щели энергоанализатора).Можно заметить, что в случае интеркаляции атомов Bi положение конусДирака сдвинут в сторону больших энергий связи, что означает появление–типа проводимости в графене.Важно отметить, что проводимость в графене интеркалированного только атомами Bi или Au существенно отличается.
Для системы MG/Au/Niнаблюдается –тип проводимости ( ∼-60 мэВ) [14–16], а для MG/Bi/Ni–тип проводимости ( ∼300 мэВ). Это означает, что по энергетическойшкале конусы Дирака в таких образцах должны быть отделены друг отдруга на ∼360 мэВ. Из этого следует, что графен интеркалированный смесью атомов Bi и Au должен состоять из пространственно разделенных доменов MG/Au/Ni и MG/Bi/Ni, которые должны наблюдаться спектре ФЭ71Рис. 3.9. (a) Электронная структура графена, сформированного на поверхности Ni(111),после совметной интеркаляции атомов Bi и Au в направлении Γ̄K̄ ЗБ. Красным пунктиромотмечены две области гибридизации состояний графена с 5 состояниями Au.
Синимистрелками отмечены положения углов, при которых были записаны спектры со спиновымразрешением. Данные спектры представлены на рис. 3.10. Электронная структура в области точки K̄ ЗБ для: (б) совместного слоя Bi и Au и (с) 0.9 ML атомов Bi. Энергияфотонов 62 эВ. Измерения проводились при комнатной температуре.СУР в виде суперпозиции сигналов от двух типов доменов, то есть двухконусов Дирака (линейные зоны) энергетически разделенных ∼360 мэВ.Однако, на рис.
3.9б отчетливо можно выделить одну линейную зону. Это,в свою очередь, означает, что совместно интеркалированные атомы Bi и Auпод графен на Ni(111) формируют на межфазной границе однородный поверхностный сплав без пространственного разделения на химические фазы.Этот вывод подтверждается также за счет слабого проявления локальныхзапрещенных зон в области гибридизации состояния графена и 5 состояний Au (рис.
3.9а). Тем самым указывает на подавление химического72взаимодействия между ними вследствие уменьшения концентрации атомовAu за счет формирования однородного Bi–Au сплава.3.3.2. Спиновая структура системы MG/Bi+Au/Ni(111)Подавление гибридизации, в свою очередь, предполагает снижение влияния эффекта Рашба в графене [14, 15]. На рис. 3.10 представлена серияФЭСУР со спиновым разрешением состояния графена, измеренная дляобразца интеркалированного совместным слоем атомов Bi и Au. Спектрызаписаны вдоль направления Γ̄K̄ ЗБ при различных углах эмиссии фотоэлектронов (волновой вектор k‖ ). Как и в случае интеркаляции только атомов Au [14–16], совместная интеркаляция атомов Bi и Au приводит такжек появлению спин-зависимого эффекта не пересечения в области гибридизации между состоянием графена и 5 состояний Au.
Соответствующиезапрещенные зоны формируются при энергиях связи между 3.5 и 4.5 эВ.Спиновые подзоны состояния графена взаимодействуют с 5 состояниямиAu с тем же направлением спина. Поскольку величина спин-орбитальногорасщепления 5 состояний Au составляет около 0.7 эВ, спиновые подзоны состояния графена следуют за дисперсией соответствующих 5 состояний Au. Это приводит к существенной модификации спиновой структуры,как и в случае MG/Au/Ni(111), особенно в местах взаимодействия состояния графена и 5 состояний Au [15, 16].
Тем не менее, измеренноезначение спин-орбитального расщепления в линейной области состоянияграфена интеркалированного совместным слоем атомов Bi и Au уменьшается, по сравнению со спиновым расщеплением (∼100 мэВ) в системеMG/Au/Ni(111) [14, 15]. Для наглядной демонстрации спин-орбитальногорасщепления на рис. 3.10 сделана более детальная вставка верхней части состояния графена для двух углов эмиссии фотоэлектронов. Оценка по73казывает, что формируется спин-орбитальное расщепление конуса Диракадля графена интеркалированного смесью из ∼0.5 ML атомов Au и ∼0.5 MLатомов Bi около 40–50 мэВ.Рис.
3.10. Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением, измеренные для графена после интеркаляции совместного слоя Bi и Au (a) в области гибридизации между состоянием графена и 5 состояниями Au, и (б) в окрестности точки K̄ ЗБ. Вклады пиков с противоположными ориентациями спина обозначены синими и красными цветами.Энергия фотонов 62 эВ.
Измерения проводились при комнатной температуре.На рис. 3.11 показаны в сравнении спектры ФЭСУР со спиновым разрешением для трех систем (интеркаляция только атомов Bi (рис. 3.11а) и Au(рис. 3.11б), а также совместный слой атомов Bi и Au (рис. 3.11в). Спектрызаписаны вдоль направления Γ̄K̄ ЗБ.Отчетливо видно, что величина спин-орбитального расщепления послесовместной интеркаляции атомов Bi и Au имеет промежуточное значениемежду значениями, измеренными в графене интеркалированный либо только атомами Bi или только атомами Au. Этот результат является дополни74Рис.
3.11. Фотоэлектронные спектры со спиновым разрешением для состояния графена,измеренные вдоль Γ̄K̄ направления ЗБ для: (a) MG/(1ML)Bi/Ni(111); (б) MG/Au/Ni(111);(в) MG/(0.5ML Bi+0.5ML Au)/Ni(111).тельным свидетельством формирования сплава между атомами Bi и Au намежфазной границе.3.4. Выводы к главе1. Интеркаляция атомов Bi под графен на Ni(111) блокирует сильное взаимодействие между графеном и никелевой подложкой, а электроннаяструктура становится приближенной к структуре, свойственной дляквазисвободного графена.2. Интеркаляция атомов Bi приводит к заполнению верхнего конуса Дирака со сдвигом положения точки Дирака до энергий 0.41 эВ и формированию запрещенной зоны (∼210–240 мэВ) в области точки Дирака.Причем, ширина запрещенной зоны слабо зависит от концентрацииинтеркалированного слоя Bi.753.
У графена, интеркалированного атомами Bi, обнаружено незначительное индуцированное спин-орбитальное расщепление состояние графена ∼5–10 мэВ. Это расщепление обусловлено взаимодействием состоянием графена с состояниями Bi. Незначительное величинаспинового расщепления связана с отсутствием состояний у атомовBi в валентной зоне. Гибридизация с состояниями металла являетсянеобходимым условием для формирования гигантского индуцированного спин-орбитального расщепления в графене.4.
Совместная интеркаляция атомов Bi и Au под графен на Ni(111)уменьшает величину переносимого заряда между Bi и графеном, делая графен почти электронейтральным с конусом Дирака, расположенным в непосредственной близости от уровня Ферми. В то жесамое время, появляется гибридизация между состоянием графенаи состояниями Au в следствии спин-зависимого эффекта не пересечения.5. У графена, интеркалированного совместным слоем атомов Bi и Au,за счет гибридизации между электронными состояниями графена иAu увеличивается величина индуцированного спин-орбитального расщепления (∼40–50 мэВ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
