六方晶窒化ホウ素エピタキシャル超薄膜のフォノン構造と電子状態に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455024
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 大島 忠平 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10212333)
• 研究分担者: 長尾 忠昭 東京大学, 理学研究科物理専攻, 助手 (40267456)
• キーワード: h-BN / フォノン分散 / ランプリング構造 / 単原子層 / 表面

研究概要

Ni、Pt、Pd(111)表面上にエピタキシャルに成長させた単原子層h-BN膜の電子バンド構造・原子構造・フォノン構造について、角度分解光電子分光、低速電子線回折・高分解電子エネルギー損失分光法を使用して調べた。PtおよびPd(111)面上のエピタキシャルh-BN膜は不整合に弱く金属上に物理吸着している。一方、Ni(111)表面のh-BN膜は下地結晶に整合して成長し、π電子は下地Ni金属のd電子と軌道混成を起こし、ランプリング(凸凹)構造をとる。また理論計算はh-BNのπ電子バンドはフェルミ準位の上下全体に広がり、BNが金属的な性質を帯びることを示唆した。3つの金属上に吸着したh-BN膜のσ電子のバンドは真空準位から測定すると完全に一致したが、π電子のバンドはNi上のBNのみ1eV深い方向にシフトした。Ni上のBNのLOとTOフォノンの分散曲線は交点でギャップをもつ。これはBN膜が平らではなく、ランプリング(凸凹)構造をとることを意味する。そこで、原子構造を電子回折法により解析した。結果はランプリング(凸凹)の大きさは0.018nmであり、BN膜とNi原子の距離は0.21nmであり、BN結晶の層間距離0.33nmに比較して極端に短いことが分かった。この構造を基礎に計算したπバンドの幅は軌道混成により大きく拡大することを示し、観察したπバンドのシフトを説明した。この計算結果は金属BN膜の可能性を示唆している。

研究成果

• [文献書誌] A.Nagashima: "Electronic States of Monolayer hexagonal BN on Metal surface" Surface Science. 357/358. 307-311 (1996)
• [文献書誌] A.Nagashima: "Electronic Spectroscopic Study of Monolayer h-BN" J.Modern physics B. B10. 3517-3537 (1996)
• [文献書誌] A.Nagashima: "Electronic State of Hexagonal Boron Nitride" Phys.Rev.B54. 13491-13494 (1996)
• [文献書誌] R.Rokuta: "Oxygen Chemisorbed LaB_6(100),(110),(111) surfaces" J.Vac.Sci.Technol.A14. 1674-1678 (1996)
• [文献書誌] N.Yamomato: "Oxygen Adsorption sites on PrB_6 (400)" Surface Science. 348. 133-142 (1996)
• [文献書誌] R.Rokuta: "Phonon dispersion of the LaB_6(111)" Surface Science. 357/358. 712-716 (1996)
• [文献書誌] N.Yamomoto: "Oxygen Adsorption on LaB_6(400),(111) surfaces" Surface science. 357/358. 708-711 (1996)
• [文献書誌] 蒲生康男: "Ni(111)表面上の単原層グラファイトの構造解析" 表面科学. 17. 35-39 (1996)