【摘 要】
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通过研究表面结构和重构可以实现对拓扑能带的调控,并对材料的其他各种性质进行修饰。具有特殊电子结构的HgTe近些年引起人们的研究兴趣,但对于其表面,特别是(111)面的结构了解很少。本论文基于以上背景,对HgTe晶体(111)面及HgTe/CdTe/GaAs薄膜进行了扫描隧道显微镜的研究,研究成果主要包括以下两部分:(1)我们在超高真空环境下HgTe晶体进行了解离并获得了高质量的HgTe(111)面
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通过研究表面结构和重构可以实现对拓扑能带的调控,并对材料的其他各种性质进行修饰。具有特殊电子结构的HgTe近些年引起人们的研究兴趣,但对于其表面,特别是(111)面的结构了解很少。本论文基于以上背景,对HgTe晶体(111)面及HgTe/CdTe/GaAs薄膜进行了扫描隧道显微镜的研究,研究成果主要包括以下两部分:(1)我们在超高真空环境下HgTe晶体进行了解离并获得了高质量的HgTe(111)面,利用低温扫描隧道显微镜对其表面结构和局域电子态进行了详细研究,第一次清晰地看到了HgTe(111)面本征的(1×1)六角晶格结构,还发现了六种新的表面重构:(2×2)、“2×1”、“4×1”、“3×√3”、“2√2×2”和“√11×2”。其中只有(2×2)重构还保持着原来的六角对称性,其它五种重构均变为矩形对称性。除此之外,“3×√3”重构的形貌由于包含了复杂的电子态信息,会在不同的偏压下呈现不同的特征。HgTe(111)表面能形成如此多复杂的重构,主要有两方面原因:一是HgTe不具有范德瓦尔斯层状结构,不容易解理,解理过程需要施加很大的外力,如此强行解开一个面势必会给解理面提供一个很强的应力环境,使表面原子发生重构;二是对于一个解理成功的HgTe表面,其上的原子并不是绝对稳定的,尤其是对于Hg原子,由于样品是在超高真空环境(1×1 Torr)下解理并探测的,而Hg原子的饱和蒸气压很高,Hg原子容易从表面脱附,从而形成重构。另外,HgTe的(1×1)表面和其它重构表面的扫描隧道谱在费米面附近都呈现出一个约为100meV的能隙,这可能是由表面扭曲成的。(2)利用反射式高能电子衍射、X射线衍射和扫描电子显微镜,简单表征和分析了用分子束外延技术生长的HgTe/CdTe/GaAs薄膜质量,并用扫描隧道显微镜探测了非原位的HgTe(111)薄膜表面,发现经过Ar刻和退火,样品表面的平整度和导电性都会变好很多,起伏可以保持在几个纳米以内。
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