Electronic states of bismuth layered materials with black-phosphorus-like structure

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05493
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中辻 寛 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80311629)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 博之 東京工業大学, 理学院, 教授 (60271582)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 表面電子状態 / ビスマス超薄膜

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、いくつかの半導体基板を用いて黒リン(BP-like)構造をもつBi(110)超薄膜を作製し、角度分解光電子分光(ARPES)と、スピン分解ARPESを用いて、電子状態を明らかにする。試料としては、(a) フラットなSi(111)√3×√3-B基板、(b) Si(111)微傾斜面に作製したSi(111)√3×√3-B基板、(c) 同微傾斜面に作製したSi(111)7×7基板、(d) 同微傾斜面に作製したSi(111)1×1-H基板、のそれぞれに、Bi(110)超薄膜を成長させて用いる。微傾斜基板としては、<-1-12>方向に1.5°オフのSi(111)を用いる。
令和3年度は、(b)について、さらに傾斜角の大きい9.5°傾斜基板(Si(557)面)に対して√3-B構造作製とBi(110)薄膜作製を試みた。√3-B構造はフラット面の場合と同様に、メタほう酸(HBO2)の蒸着により作製できることがわかった。これに室温でBi(110)超薄膜を成長させたところ、LEED像においてはドメイン数が4つに減少したBi(110)薄膜が形成されている様子が確認でき、ドメイン数の減少を狙っていた本研究の目的はある程度達成できた可能性がある。今後の研究においては走査トンネル顕微鏡等を用いて、実際にどのようなドメイン構造になっているのかを明らかにしたい。