Creation of bismuth layered materials with black phosphorus structure and control of their electronic structures

黑磷结构铋层状材料的制备及其电子结构控制

基本信息

批准号：
20H02617
负责人：
中辻寛
金额：
$ 5.82万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、2次元トポロジカル絶縁体転移が理論予測されている黒リン(BP-like)構造のBi(110)超薄膜を半導体基板上に均一に成長させる条件を見出し、その成長過程・原子構造・電子構造を、走査トンネル顕微鏡(STM)と角度分解光電子分光(ARPES)等の実験手法を用いて詳細に明らかにするため、以下の課題に取り組む。(a) Si(111)傾斜基板を用いたり、成長温度や成長速度を制御したりすることで、回転ドメイン数が少なく膜厚の揃った試料を作製し、電子状態の詳細な測定を行う。(b) Bi(110)超薄膜と基板との界面のwetting layerの原子構造ならびに超薄膜最表面の原子構造を明らかにする。(c) 界面における基板との電荷移動の詳細を明らかにし、Bi(110)超薄膜への電荷ドーピング制御の可能性を検討する。令和3年度は次の成果を得た。(a) フラットSi(111)√3-B基板に100 K程度でBiを蒸着後に室温までアニールする2段階成長においては、蒸着直後にアモルファス状の形態であったBi島が昇温と共にBi(110)超薄膜へと結晶化し、膜厚が4 MLに揃っていく過程をSTMで明らかにするとともに、モンテカルロシミュレーションで再現することができた。(c) heavily p-doped, n-dopedおよびheavily n-dopedの3種類のSi(111)√3-B基板に作製したBi(110)超薄膜の電子状態に電荷ドーピングの違いがあることをARPESにて系統的に明らかにした。基板のバンドベンディングのBi蒸着に伴う変化が基板ごとに異なっており、界面でのwetting layerを介した電荷のやりとりについて今後詳細を詰める必要がある。

在这项研究中，我们将在半导体底物上找到具有黑色磷（BP状）结构的超薄BI（110）膜均匀生长的条件，在该层底物上预测了二维拓扑拓扑转换，我们将使用以下问题来解决以下问题，以阐明生长过程，详细的结构，并扫描了实验性的结构，并扫描了实验性的结构，并且是电子结构，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构的，该方法是详细的，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构，并且是电子结构的，并且是电子结构的，并且是电子结构的，并且是电子结构的，并且是电子结构的，并且是电子结构的，并且是电子结构的。角度分辨光电子光谱（ARPES）。（a）使用Si（111）倾斜的底物并控制生长温度和生长速率，产生了少量旋转域和均匀厚度的样品，并进行了电子状态的详细测量。（b）在BI（110）超薄膜和底物之间的界面上弄清润湿层的原子结构，以及在超薄膜中最表面的原子结构。（c）我们将在界面处阐明用底物的电荷转移细节，并检查将电荷掺杂到超薄BI（110）膜中的可能性。 The following results were achieved in 2021. (a) In the two-stage growth in which Bi, which was deposited at about 100 K, was annealed to room temperature after deposition of Bi at about 100 K, the process of amorphous-like formation immediately after deposition, crystallizing into an ultra-thin Bi(110) film with temperature rise, and the film thickness was aligned to 4 ML by STM, and it was possible to reproduce it by Monte Carlo 模拟。（c）ARPES系统地表明，在三种类型的SI（111）√3-B底物上制造的BI（110）超薄膜的电子状态中，电荷掺杂存在差异：大量P-DOPED，N掺杂，n掺杂且重型N掺杂。由于BI沉积而导致的底物的带弯曲变化因底物而异，因此有必要进一步详细说明通过界面处的润湿层交换电荷的情况。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Electronic structure of Bi(110) ultra-thin films grown on n-type Si(111)√3×√3-B substrates

n型Si(111)√3×√3-B衬底上Bi(110)超薄膜的电子结构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Ouchi;L. Nakamura;K. Takemura;M. Shimura;R. Ushioda;T. Iimori;F. Komori;H. Hirayama and K. Nakatsuji
通讯作者：
H. Hirayama and K. Nakatsuji

Si(111)表面上における黒燐構造Bi(110)超薄膜の低温蒸着による成長過程

Si(111)表面低温蒸镀超薄黑磷结构Bi(110)薄膜的生长过程