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

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455024
• 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: 井藤 浩志 早稲田大学, 理工学部, 学振特別研究員 ; 長尾 忠昭 東京大学, 理学研究科・物理学専攻, 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(111)表面上の単原子層六法晶窒化ホウ素エピタキシャル超薄膜に対して、前年度発見したフォノンの分散関係の異常を理解するために、第一原理計算を行い、調べた。その結果、基板と超薄膜の間隔変化によりπ電子のバンドが大きく変化し、低速電子線回折解析で決めた原子構造では新たな混成バンドを形成して、バンド・ギャップが消失することが判明した。このことは、窒化ホウ素のエピタキシャル膜の内外で、膜に平行方向の電場が消失する実験事実(LOフォノンとTOフォノンのγ点での縮退と面に平行方向の双極子場の消失)を良く説明する。つまり、窒化ホウ素のπ電子は自由に動き回っており、この電子の集団運動が、膜平行方向の電場の遮蔽の原因となっている。
この電子状態ではホウ素原子から窒素原子に0.3個/原子の電子が移動している。一方、Ni(111)基板面と窒化ホウ素エピタキシャル膜間の電子移動は1%以下であった。窒化ホウ素のπバンドは基板のd電子と軌道混成することによって、エネルギー幅を広げ、バンドの底のエネルギー位置は役1eV深い方向にシフトすることが観測されているが、この現象も計算でも再現している。また、σバンドは基板との相互作用の影響をほとんど受けることはない。このことも、観測したフォノン分散(TOフォノンの振動数はバルクの値と一致する)と対応している。

研究成果

• [文献書誌] T. Nagao, Y. Iizuka, T. Shimazaki, C. Oshima: "Surface Phonons Na and Li-induced superstructures on Al(111)" Phys. Rev.B55. 100064- (1997)
• [文献書誌] C. Oshima and A. Nagashima: "Ultra-Thin epitaxial films of graphite and boron nitride on Solid Surfaces" J. Phys. ; Condens. Matter. 9. 1-20 (1997)
• [文献書誌] Y. Gamo, A. Nagashima, M. Wakabayashi, M. Terai and C. Oshima: "Atomic structure of monolayer graphite formed on Ni(111)" Surface Sci.374. 61-64 (1997)
• [文献書誌] M. Terai, Y. Gamo, N. Hasegawa and C. Oshima: "Electronic band structure of monolayer hexagonal boron nitride on TaC(111)" J. Surface Analysis. 3. 473-477 (1997)
• [文献書誌] C. Oshima: "Characterization of ultra thin films by High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy" J. Surface Analysis. 3. 322-327 (1997)
• [文献書誌] Y. Gamo, A. Nagashima, M. Terai and C. Oshima: "Atomic structural analysis of a monolayer epitaxial Film of Hexagonal boron nitride/Ni (111) by LEED intensity analysis." Sci. Rep. Ritu. A44. 211-214 (1997)
• [文献書誌] K. Nagaoka, S. Uchiyama, T. Yamashita, M. Yamada and C. Oshima: "High resolution field emission spectra from Niobium (100) tip" Sci. Rep. RITU. A44. 257-261 (1997)
• [文献書誌] E. Rokuta, Y. Hasegawa, K. Suzuki, Y. Gamou and C. Oshima: "Phonon Dispersion of an Epitaxial Monolayer Film of Hexagonal Boron Nitride on Ni(111)" Phys. Rev. Lett.79. 4609-4612 (1997)
• [文献書誌] 六田英治, 長尾忠昭, 大島忠平: "六ホウ化ランタンの表面フォノンと電子放射" 真空. 40. 77- (1997)
• [文献書誌] 大島忠平, 六田英治, 長島礼人: "単原子層六方晶窒化ホウ素のフォノン" 日本物理学会誌. 52. 610-613 (1997)
• [文献書誌] C. Oshima: "An apparatus for high resolution field emission spectroscopy" Advances in Colloid and Interface Science. 71/72. 353-369 (1997)
• [文献書誌] 長谷川徳慶, 蒲生康男, 寺井真之, 奥沢昌彦, 大島忠平, 大谷茂樹: "グラファイト・ナノクリスタルおよびグラファイト・ナノリボンの作製" 炭素. 180. 229-234 (1997)