通过硼分凝实现 Bi/Si(111) 的选择性能带工程
材料科学
2025-09-10 v1 其他凝聚态物理
摘要
沉积在半导体上的原子级薄金属层展现出多种物理性质，如超导性、电荷密度波、拓扑相、强自旋轨道（Rashba）分裂等。为了利用这些奇异相并诱导新相，有必要控制和调节这些异质结电子态的能量。在本工作中，我们研究了一种基于表面硼分凝的调制掺杂方法，对二维 Bi/Si(111) 相的能带结构进行工程调控。我们证明，由 Bi 诱导的 Rashba 能带可以在不改变其强 Rashba 参数的情况下，在能量上位移高达 200 meV。重要的是，当 Bi 态向上移动时，其下方的 Si 价态基本保持不变，这排除了简单的能带弯曲场景。我们的密度泛函理论计算揭示，这种位移源于 B 原子的存在所诱导的表面附近 Si 态杂化的变化。这种选择性机制将 Rashba 分裂态到费米能级的距离缩短了一半，为其在输运和自旋电子器件中的应用开辟了道路，并凸显了调制掺杂作为半导体上二维金属能带工程策略的更广泛潜力。
引用
@article{arxiv.2509.07668,
title = {Selective band engineering of Bi/Si(111) by boron segregation},
author = {E. Barre and J. Villalobos-Castro and T. Pierron and S. Pons and D. Roditchev and L. Sponza and S. Vlaic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.07668},
year = {2025}
}