2023 Fiscal Year Annual Research Report
層状化合物超薄膜のファンデルワースル界面に局在する2次元電子状態と電気伝導特性
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21K03432
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
八田 振一郎 京都大学, 理学研究科, 助教 (70420396)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 層状物質 / 超薄膜 / 角度分解光電子分光法 / 低速電子回折法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ファンデルワールス（vdW）界面によって二次元性を示す層状物質の超薄膜の電子物性に関する研究を実施している。特にvdW界面に形成される伝導バンドの電子状態に対する層数およびヘテロ界面の影響を主に角度分解光電子分光法を用いて調べてきた。また、その準備として、層数制御した薄膜作製の条件についても探索する実験を行ってきた。物質については、金属カルコゲナイド（Bi2Te3、Bi2Se3）およびハロゲン化物（FeBr2およびCaF2）を用い、これらの超薄膜を金属で修飾したSi基板上に分子線エピタキシー（MBE）法により作製し、その場測定している。
前年度までに、Bi単原子層やCaF2(111)薄膜上にBi2Te3(111)薄膜を成長させた系において、高品質の膜成長が可能なこと、また伝導バンドによる金属伝導を明らかにした。またBi(111)薄膜上にFeBr2(0001)薄膜を単層から成膜できることを発見した。Feの3d軌道に由来するバンドを観測し、理論計算による予想とは違い、単層でも絶縁体であることを明らかにした。
今年度は、主にBi2Se3の超薄膜について研究を行った。Bi2Se3のMBEによる成膜では、BiとSeをそれぞれ蒸着し、基板上で反応させる方法が一般的であるが、Seの蒸発による機器の汚染が問題となる。そこで、Bi2Se3を昇華させる方法で成膜した。伝導バンドのバンド構造の層数に依存した変化が明瞭に観測されたことから層状成長を確認した。観測されたバンドは、ヘテロ界面の影響を無視した理論計算とおよそ一致した。また、Si(111)基板を平坦な金属膜で修飾する試料の調査も行った。In超薄膜は2原子層構造まではよく知られていたが、5層までSi基板の影響を受けた超格子として成長することを明らかにした。
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