Особенности электронной и спиновой структуры низкоразмерных систем на основе углерода и атомов различных металлов

• Автор: Марченко, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Экспериментальные методы

1.1 Введение

1.2 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

1.3 Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением

1.4 Фотоэлектронная спектроскопия с угловым и спиновым разрешением

1.5 Дифракция медленных электронов

1.6 Экспериментальные станции

2 Графен и эффект Рашбы

2.1 Графен
2.2 Эффект Рашбы
2.2.1 Эффект Рашбы для случая двумерного электронного газа
2.2.2 Эффект Рашбы в случае графена
3 Одноатомные слои металлов Аи, А§, Си на (110) поверхностях вольфрама и
молибдена
4 Графен на ферромагнетиках
4.1 Введение
4.2 Приготовление систем
4.3 Электронная структура и конус Дирака
4.4 Отсутствие эффекта Рашбы
5 Графен на материалах с малым атомным номером
5.1 Введение
5.2 Графен на карбиде кремния
5.2.1 Приготовление системы

5.2.2 Электронная структура
5.2.3 Отсутствие эффекта Рашбы
5.2.4 Графен на кубическом карбиде кремния
5.3 Графен на серебре
6 Графен на материалах с большим атомным номером
6.1 Графен на золоте
6.1.1 Приготовление системы и электронная структура
6.1.2 Гигантский эффект Рашбы
6.1.3 Гибридизация как причина гигантского расщепления
6.1.4 Теоретическое рассмотрение
6.1.5 Стабильность под воздействием атмосферы
6.1.6 Графен на золоте на карбиде кремния
6.2 Графен на иридии
6.2.1 Гигантский эффект Рашбы
6.2.2 Контроль эффекта Рашбы вращательным смещением графена
Заключение
Литература
Введение
Актуальность темы.
Диссертация посвящена исследованию возможности контроля величины спинового расщепления электронных состояний графена в очень широком диапазоне величин. Такая задача имеет большую научную теоретическую и практическую значимость, так как возможность контроля спинового расщепления открывает путь для применения графена в спинтронике. Графен - это одна из аллотропных модификаций углерода, а именно, двумерный слой атомов углерода толщиной в один атом, упорядоченных в гексагональную кристаллическую решётку. Графен известен уже достаточно давно: его электронная структура, например, была рассчитана в 1947 году [1], иа кристалле N1(111) он был сформирован 1970х [2], затем были разработаны различные методы его формирования и исследовалась электронная структура графена на различных подложках [3-10]. Большую часть времени он назывался как монослой графита, а термин графен стал популярным только недавно. Графен получил свою известность в 2004 году после того, как был предложен метод его получения механическим отшелушиванием при помощи липких лент [11]. За передовые опыты с графеном Андрей Гейм и Константин Новосёлов получили Нобелевскую премию по физике за 2010 год [12]. Их работы стали значительным толчком к большому количеству новых исследований графена научными группами по всему миру. В связи с очень высоким качеством графена и гексагональной кристаллической решеткой, содержащей два атома в элементарной ячейке, графен имеет уникальные электронные, оптические и механические свойства. Он имеет очень высокую подвижность носителей заряда [13] и является многообещающим материалом для создания баллистического транзистора [14], полевого транзистора [11,15], прозрачных электродов [16,17], ультраконденсаторов [18] и многих других приложений. Электронные структуры на основе графена по праву относят к области наноэлектроники в связи с его малой толщиной всего в один атом, а также в связи с возможностью создания наноразмерных электронных устройств на его основе.

Рисунок 2.5: (а) Дираковский конус свободного графена без спин-орбитального взаимодействия. (б,в) Думерное и трёхмерное представления графеновой зонной структуры около К точки в присутствии индуцированного внешним воздействием спин-орбитального взаимодействия.
взаимодействие очень полезно, так как приводит к очень большой длине пробега электрона с сохранением спина без рассеяния, в литературе указывается величина ~ 1.5-2 /гм [32-34]. Теоретически длина пробега с сохранением спина может быть ещё в 10 раз выше [35] и, таким образом, ещё есть большое поле для дальнейшего развития этой области и внедрения графена в качестве основного элемента устройств в спинтронике. Внешне индуцированное расщепление графеновых электронных зон может появиться, например, в случае если графе-новый слой находится в контакте с некоторыми материалами или если присутствуют примеси других элементов, либо поверх слоя графена, либо встроенные в его кристаллическую решётку [7,67]. Большое спин-орбитальное взаимодействие в графене может открыть путь для графена как активного элемента устройств для спинтроники, таких как спиновый полевой транзистор [30]. Недавно мы публиковали, что большое спин-орбитальное расщепление типа Рашбы может быть индуцирование в тонких металлических плёнках за счёт взаимодействия с подложкой с большим атомным номером 2 [45,47] и что это работает так же и в случае графена [7]. В данной работе и в соответствующей публикации [68] обсуждается наблюдение и природа гигантского расщепления Рашбы Дираковского конуса в электронной структуре графена, когда графен расположен на золотой или иридиевой подложке.
В случае обычного двумерного газа свободных электронов эффект Рашбы наблюдается в районе Г точки зоны Бриллюэна как смещёные в разные направления по &ц зоны. Энергетическое расщепление при этом зависит линейно от величины &ц. В случае спин-орбитального расщепления Дираковского конуса графена картина сильно отличается. Во-первых, Дираков-