2018 Fiscal Year Research-status Report
Electronic states of bismuth layered materials with black-phosphorus-like structure
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17K05493
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中辻 寛 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80311629)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 博之 東京工業大学, 理学院, 教授 (60271582)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面電子状態 / ビスマス超薄膜 |
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| 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。
(a)については、29年度にARPESによる電子状態測定を行い、BP-like構造を支持する結果が得られている。Biを室温に保った基板に蒸着した場合の走査トンネル顕微鏡観察及び走査トンネル分光の結果の詳細な解析からは、偶数層高さの島はBP-likeである一方、奇数層高さの島は基板に接する2層と表面の2層のみがBP-likeになっているsandwich構造を示唆する結果が得られた。30年度にはこのほか、(d)について低速電子回折実験による構造観察を行ったが、回折スポットを与えるようなBi島の成長は観察されなかった。一方、基板にSi(111)4×1-In表面を用いてBiを蒸着してもBi(110)薄膜は得られなかったが、蒸着量、蒸着時の基板温度、蒸着後のアニール温度等の条件により、2√3×3、√3×√3、2×2、5×5、√7×√7といった表面超構造を見出し、それぞれの電子状態をARPES及びXPSで測定した。√3×√3についてはスピン偏極バンド構造を示唆する結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
30年度は、試料(a)についての電子状態と成長過程についての実験結果を詳細に解析し、成長過程については報文として出版した。電子状態については現在執筆中である。試料(d)については電子回折実験により成長過程を調べ、Bi(110)の島は成長していないことが分かった。基板にSi(111)4×1-In表面を用いたBi超薄膜成長の試みは、研究計画が予定通り進まなかった場合の方策であったが、その過程で得られたBi-In表面合金についての電子状態測定を行い、√3×√3構造についてはスピン偏極バンド構造を持つ可能性があることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
試料(d)についてはBi(110)薄膜が得られなかったが、成長モードを変えるために蒸着速度を大幅に遅くする実験を行っている。Si(111)4×1-In表面を用いて作製できたBi-In表面合金については、今後さらに詳細な電子状態測定を行う予定である。また、Bi(110)薄膜成長の新たな基板としてSi(110)表面を用い、電子回折実験を用いて成長過程を調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
実験に必要な超高真空物品を設計・製作する予定であったが、年度内に間に合わなかったため、次年度に製作する計画である。
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