胡金平 何丙辰 王红兵 张欢 黄朝钦 谢磊 郭晓 梁兆峰 陈石 黄寒† 宋飞‡

1) (中国科学院上海应用物理研究所,上海同步辐射光源,上海 201800)

2) (中国科学院大学,北京 100049)

3) (华南师范大学附属中学,广州 510630)

4) (澳门大学应用物理及材料工程研究院,澳门 999078)

5) (中国科学院上海高等研究院,张江实验室,上海 201200)

6) (中南大学物理与电子学院,长沙 410083)

半金属铋(Bi)的表面合金具有的Rashba效应,和其具体结构性质有重要关联.本文结合扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT),系统地研究了Bi原子在Ag(111)和Au(111)上的不同初始生长行为.在室温Ag(111)上,连续的Ag2Bi合金薄膜会优先在Ag台阶边缘形成;在570 K Ag(111)上,随着覆盖度增加到0.33分子层(ML),Bi优先取代配位数低的台阶边原子并从单原子随机分布转变为长程有序的Ag2Bi合金相;随着覆盖度增加,Ag2Bi通过退合金过程转变成p×结构的Bi膜.Bi在室温和570K的Au(111)上的生长行为一致:在覆盖度低于0.40 ML时,Bi会优先吸附在配位为5的Au原子上,并以单原子和团簇的形式分别分散在Au(111)的密堆积区域和鱼骨纹重构的拐角处;随着覆盖度增加到0.60 ML,无序的Bi会逐渐转变成长程有序的()相;Bi的吸附会导致Au(111)表面应力逐步释放.Bi在Ag(111)和Au(111)上的不同生长行为表明,Bi原子与衬底之间的相互作用起着关键作用.

1 引言

半金属Bi的电子有效质量小,平均自由程长(～1 mm);在常温下费米波长大(～40 nm)[1,2].大量的研究发现体相Bi的低指数面—Bi(111),Bi(110)和Bi(100)—具有半金属特性[3−6],但由于电子较强的自旋-轨道耦合,Bi膜比体相具有更强的金属性[7];纳米结构的Bi也因量子效应而具有许多……