新奇原子層磁性体の創成と物性解明

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Bi基板上に成長させた臭化鉄(II)超薄膜のバンド構造の膜厚変化を角度分解光電子分光と低速電子回折で詳細に調べた。低速電子回折では、臭化鉄とBi基板の格子定数が違うことで生じるモアレパターンが1層膜において明瞭に観察され、臭化鉄超薄膜のエピタキシャル成長が確認された。電子構造については、1～5層膜について、いずれも半導体的な電子構造をもち、価電子帯の頂点はFe 3d軌道に由来する平坦なバンドにあることがわかった。この平坦なバンドの膜厚変化はほとんどなかった。一方、Br 4p軌道成分の強いバンドは、1層から2層への変化に伴い、層間のBr-Br相互作用の有無により分散形状が大きく変化することがわかった。また、Si(111)基板上に成長させたInとMgからなる超薄膜の構造と電子状態を詳細に明らかにした。この超薄膜は2原子層In超薄膜にMgを1原子層分蒸着することで得られる。MgはIn層とSi基板の間に挿入され、3原子層構造が形成される。角度分解光電子分光で2つの半径の異なる円形フェルミ面が観測された。第一原理計算からこの2つの円形フェルミ面は、3原子層超薄膜の真空側から第1層と第2層の間の結合状態と反結合状態に由来することがわかった。この結果は、Mgで主に構成されるSi基板と接する第3層がSiのダングリングボンドを終端する緩衝層として働き、その結果、基板のないフリースタンディングIn超薄膜に近い電子状態が実現されたことを示している。