金属単原子層と超薄膜内2次元電子系の電子状態と磁気輸送

金属单原子层和超薄膜中二维电子系统的电子态和磁输运

基本信息

批准号：
05J11823
负责人：
平原徹
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

1.ビスマス超薄膜の表面状態のスピン分裂の直接観測昨年度はシリコン表面上ビスマス(Bi)超薄膜の高分解能光電子分光測定を行い、その電子状態に関する予備的実験を行った。そして理論計算との比較でビスマスの表面状態バンドが強いスピン軌道相互作用と反転対称性の破れのためRashba型のスピン軌道分裂をしているということが示唆された。本年度は上記の事実を実験的に確認するために広島大学においてBi超薄膜の電子状態のスピン角度分解光電子分光測定を行った。その結果、確かに表面状態バンドが波数空間でスピン分裂していることを直接観測した。理論の予言通り、表面状態のスピン構造はΓ点に対して反対称性を示し、スピン偏極率としては最大で0.5という値が得られた。2.ビスマス超薄膜の表面状態電気伝導これまでの研究でバルクBiは半金属であり電気伝導度が低いが、表面状態は非常によい二次元金属になっていた。つまり輸送特性においても表面状態が大きな寄与を果たしていることが予想される。そこで当研究室の表面敏感なマイクロ4端子電気伝導測定装置を用いて室温下でBi超薄膜の電気伝導度の膜厚依存を測定した。その結果、非常に薄い膜厚(6-10BL)においては表面状態が確かに支配的であるが、膜厚増加とともにバルク(膜内部)の寄与が大きくなることが分かった。この方法で見積もられた表面状態電気伝導度は表面に酸素を暴露して表面状態を壊したときの電気伝導減少分から推定される値とよい一致を示した。さらに詳細なフェルミ面、バンド構造を分かっているのでボルツマン方程式を用いて電気伝導度が計算でき、その解析からも得られたBiの表面状態電気伝導度が妥当であるということが確認できた。そして低膜厚で表面状態電気伝導度の温度依存性を調べたところ300Kから10Kまで金属的な振る舞いを示し、過去に報告されたCDW転移は起こらなかった。

1。去年对超薄二晶型薄膜表面状态的自旋分裂的直接观察，我们对硅表面上的超纤维纤维性薄膜进行了高分辨率光电光谱，并在电子状态进行了初步实验。还建议，由于强旋转轨道相互作用和倒对称性的破坏，鞭毛的表面状态带分为RASHBA型自旋轨道。今年，为了通过实验确认上述事实，在广岛广岛大学进行了旋转角度分辨的光电学光谱。结果，观察到表面态确实被旋转到波数空间中。如该理论所预测的那样，表面状态的自旋结构相对于γ点表现出反对称性，自旋极化最大值为0.5。 2。晶曲线超薄膜电导的表面状态先前的研究表明，散装BI是半学的，电导率低，但表面状态已成为非常好的二维金属。换句话说，预计地面状态也有助于运输特征。因此，我们使用表面敏感的微型四端电导率测量设备从我们的实验室中测量了超薄BI膜在室温下的膜厚度依赖性。结果，发现尽管表面状态在非常薄的膜厚度（6-10 BL）上肯定是主导的，但散装的贡献（胶片内部）随着膜厚度的增加而增加。使用该方法估算的表面状态电导率与从电导率降低估计的值估计时，当氧气暴露于表面并破坏了表面状态时。由于费米表面和带状结构更详细，因此可以使用Boltzmann方程来计算电导率，从该分析中可以证实，获得的BI的表面状态电导率合理。然后，在较低的膜厚度下研究了地表状态电导率的温度依赖性，并观察到从300k到10K的金属行为，并且没有发生先前报道的CDW过渡。