Электронные свойства атомарно-тонких слоев PbBi на поверхностях Ge(111) и Si(111)
Учеными ИФПМ СО РАН обнаружено, что совместная адсорбция Pb и Bi на поверхности Si(111) и Ge(111) приводит к образованию атомарно-тонких соединений PbBi, имеющих сходную структуру. Это две сосуществующие кристаллические фазы PbBi с периодичностью 2√3×2√3 и 2×2.
Обе фазы формируются ромбовидными блоками с различным их упорядочением. Расчеты в рамках методов теории функционала электронной плотности показали, что 2√3×2√3 структура представляют собой изолирующую фазу. Другая сосуществующая фаза 2×2-PbBi имеет ярко выраженную анизотропию зонной структуры, обусловленную C1h геометрией атомной структуры, и характеризуется как металлическая квазиодномерная система. Однако существует качественная разница в характере гибридизации зон, для монослоёв PbBi на Ge и Si подложках. В рамках сравнительного исследования мы провели анализ связей атомов поверхностного сплава с подложками и исследовали отдельно стоящий слой PbBi, проверив зависимость его спектральных характеристик от деформации сжатия/растяжения. Показано, что изменение угла зигзагообразной цепочки Pb-Pb оказывает большее влияние на электронный спектр, чем длина связи Pb-Pb, а также равномерная деформация самих ромбов. Еще одним важным отличием электронной структуры 2×2 фазы на кремниевой подложке от германиевой является величина спинового расщепления. Спиновое расщепление в последнем случае очень мало, тогда как в 2×2-PbBi фазе на Si, оно огромно, что приводит к появлению спин-поляризованного электронного состояния вблизи уровня Ферми. Это понимание взаимодействия геометрии и электронных корреляций в атомном слое 2×2-PbBi может открыть возможности для разработки усовершенствованных фаз для будущих наноэлектронных устройств с настраиваемыми электронными свойствами.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема № FWRW-2022-0001. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Materials: Quantum Materials (IF 3.536, Q2).
Фото: сайт ИФПМ СО РАН