三元铁砷化物 $A$Fe$_2$As$_2$(001) 表面 ($A$=Ba, Sr, 或 Ca) 的原子和电子结构

通过第一性原理电子结构计算，我们发现能量上最有利的解理 $A$Fe$_2$As$_2$(001) 表面 ($A$=Ba, Sr, 或 Ca) 是 $A$ 原子终止的，具有 $(\sqrt{2}\times \sqrt{2})R45^{\circ}$ 或 $(1\times 2)$ 有序结构。$(1\times 2)$ 有序结构产生 $(1\times 2)$ 二聚化的 STM 图像，与实验观测一致。发现 $A$ 原子在表面上扩散的能垒很小，因此解理过程可能会破坏 $A$ 原子的有序性。在极低温度下，这可能导致 As 原子终止的表面，其中 $A$ 原子随机聚集。正交相中 As 原子终止的 BaFe$_2$As$_2$ 表面是 $(\sqrt{2}\times\sqrt{2})R45^{\circ}$ 翘曲的，在改变施加偏压时会产生可切换的 $(\sqrt{2}\times \sqrt{2})R45^{\circ}$ STM 图案。其他 As 原子终止的表面未发现任何重构。在 As 原子终止和 $(1\times 2)$ $A$ 原子终止的表面中存在穿过或靠近费米能的表面态。因此，建立了一个统一的物理图像，以帮助理解解理的 $A$Fe$_2$As$_2$(001) 表面。