样品动量空间特征对扫描隧道显微镜测量的影响
材料科学
2021-09-21 v1 介观与纳米尺度物理
应用物理
计算物理
量子物理
摘要
对扫描隧道显微镜(STM)测量的理论理解涉及 STM 针尖与被测样品的电子结构细节。传统上,焦点一直放在样品电子态模拟的精度上,而 STM 针尖电子态通常被近似为一个简单的球对称 轨道。这一广泛使用的 轨道近似在近期 STM 研究中失效了:硅中次表面杂质波函数的实测 STM 图像需要针尖电子态的详细描述。本工作中,我们表明 轨道近似的失效源于样品材料硅(Si)的间接带隙,其在杂质波函数的动量空间中产生复杂的谷干涉。基于直接带隙(GaAs)与间接带隙(Si)材料中杂质波函数数百万原子电子结构计算所得 STM 图像的直接比对,我们的结果确立:尽管针尖轨道的选择对直接带隙 GaAs 材料仅起次要定性作用,STM 测量却被间接带隙 Si 材料的动量空间特征显著改变,从而需要针尖轨道构型的定量表征。我们的工作为基于动量空间特征理解未来半导体材料的 STM 研究提供了新见解,这对量子计算、光子学、自旋电子学与谷电子学领域新兴技术的设计与实现十分重要。
引用
@article{arxiv.2107.11980,
title = {Influence of sample momentum space features on scanning tunnelling microscope measurements},
author = {Maxwell T. West and Muhammad Usman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.11980},
year = {2021}
}
备注
10 pages, 12 figures