半導体表面電子状態におけるスピン軌道相互作用

半导体表面电子态中的自旋轨道相互作用

• 批准号: 11J00217
• 负责人: 大坪 嘉之
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00217/
• 关键词: スピン偏極電流; 表面電子状態; 半導体表面; 角度分解光電子分光; 第一原理バンド計算; ゲルマニウム; 臭素; タリウム

本年度は、半導体表面における金属的なスピン偏極電子状態とスピン偏極電流の実現を目的として研究を行った。スピン偏極電子状態の候補として、半導体表面近傍に局在する表面電子状態に注目した。試料として臭素終端ゲルマニウム(111)(Br/Ge(111))表面およびタリウム終端ゲルマニウム(111)(T1/Ge111))表面を用いた。Br/Ge(111)に関して、低速電子回折(LEED),角度分解光電子分光(ARPES),スピン分解ARPES(SARPES)を用いてその原子構造と電子状態を決定した。その結果、本表面にはスピン偏極した電子常態が存在することが明らかになった。実験結果は第一原理バンド計算結果と比較し、スピン偏極状態が表面以下10層程度のゲルマニウムsubsurface領域に局在していることを明らかにした。既報と異なり、Br/Ge(111)では重元素が存在しないにも関わらずスピン偏極した電子状態が発見された。この結果は、スピン偏極電子状態に関する物質探索の幅を大きく広げるものである。T1/Ge(111)に関してARPES,SARPES,第一原理計算から、本表面におけるタリウム原子の被覆率を調整することで、金属的かつスピン偏極した電子常態が現れることを発見した。このスピン偏極電子状態は本表面における唯一の金属的な状態であり、スピン偏極電流などのスピンに依存した伝導現象が現れると期待できる。以上のように、本年度は半導体表面において金属的なスピン偏極電子状態を発見した。この成果に基づくスピン偏極電流の実現は今後の課題である。

This year, the study of polarization electron state and polarization current on semiconductor surface was carried out. The candidate for the polarization electron state is the surface electron state near the semiconductor surface. The sample has a terminal group (111)(Br/Ge(111)) surface and a terminal group (111)(T1/Ge111) surface. Br/Ge(111) is used to determine the atomic structure and electronic state of Br/Ge (111). As a result, the surface polarization of the electron normally exists. The results of the calculation are compared with those of the first principle, and the polarization state is 10 layers below the surface. It is reported that Br/Ge(111) is a heavy element, and its electronic state is not obvious. The result is that the polarization electron state is related to the material exploration. T1/Ge(111) is related to ARPES,SARPES, first-principles calculations, and adjustments to atomic coverage on the surface of the metal are observed. The polarization electron state is the only metal state on the surface. This year, the state of polarization electrons on semiconductor surfaces has been revealed. The results of this research show that the polarization current is a problem in the future.

项目成果

Tl/Ge(111)-(1×1)表面における過剰Tlによる金属的スピン分裂バンドの形成

Tl/Ge(111)-(1×1)表面上过量Tl形成金属自旋分裂带

• 发表时间: 2012
• 作者: 大坪嘉之;八田振一郎;奥山弘;有賀哲也
• 通讯作者: 有賀哲也

Br/Ge(111)-(1X1)表面subsurface領域に局在した電子状態のスピン分解光電子

电子态的自旋分辨光电子局域于 Br/Ge(111)-(1X1) 表面的次表面区域

• 发表时间: 2011
• 作者: 大坪嘉之;森亮順;矢治光一郎;武市泰男;金聖憲;八田振一郎;奥山弘;有賀哲也
• 通讯作者: 有賀哲也

Tl/Ge(111)-(1×1)表面の金属的なスピン偏極表面状態

Tl/Ge(111)-(1×1)表面的金属自旋极化表面态

• 发表时间: 2011
• 作者: 大坪嘉之;八田振一郎;奥山弘;有賀哲也
• 通讯作者: 有賀哲也

Structure determination of Pb/Ge(111)-β-(√3×√3) R30° by dynamical low-energy electron diffraction analysis and first-principles calculation

动态低能电子衍射分析和第一性原理计算确定Pb/Ge(111)-β-(√3×√3) R30°的结构

• DOI: 10.1088/0953-8984/23/43/435001
• 发表时间: 2011
• 期刊: Journal of Physics : Condensed Matter
• 作者: Yoshiyuki Ohtsubo;Hiroshi Muto;Koichiro Yaji;Shinichiro Hatta;Hiroshi Okuyama;Tetsuya Aruga
• 通讯作者: Tetsuya Aruga

Ge(111)表面近傍のショックレー状態におけるRashbaスピン分裂

Ge(111) 表面附近肖克利态的 Rashba 自旋分裂

• 发表时间: 2011
• 作者: 大坪嘉之;矢治光一郎;八田振一郎;有賀哲也
• 通讯作者: 有賀哲也