Bi2Se3

2013年1月27日 (日)

Bi2Se3#3-1-2 (その1)

金曜日に仕込んだ探針は、4本の内、1本しか使えそうなものがなかった。とりあえず使えそうなものをFIM処理してセットした。正直、FIMで原子を1個残したかどうかと実際の分解能にはほとんど相関がないので、今回はゴミが付くことを防ぐ方を優先して、イメージングした電圧3.4kVをかけたままヘリウムガスを排気した。

試料を窒素温度で劈開し、アプローチを開始。

2013年1月26日 (土)

Bi2Se3準備

ブログに記録すること自体を忘れるほど久しぶりの実験である。この数ヶ月、Fuさんが頑張ってきたが、さすがにブレークしないと精神的にもつかれるので、バトンタッチした。私の当面の役目は、Bi2Se3のg因子が本当に小さいのか確認することである。

ポテンシャル分布によって見かけのg因子が影響を受けるはずであることに気付いたので、その実験的確認が当面の課題である。

チャンバーに2個試料が入っていたが、昨日と今日で使い果たしてしまった。ピンを立て直した試料3個と新しい探針4本を導入室に入れて、真空排気を開始した。ベーキングは90Vで11時間。

2011年1月 5日 (水)

Bi2Se3 #A-1 STM/STS by 3He-STM(その4)

参照のためのゼロ磁場のマッピング終了。残念なことに、最後の1/5位のところで、若干針が変わり、分解能が落ちてしまった。結果自体は、#3-3の時と同様、ほぼ均一である。若干欠陥近傍での電子状態分布のコントラストが大きいような気もするが、これを言うには、針の分解能のシビアな議論が必要。

大きな凸部を通過させたところ、探針の空間分解能はほぼ元にもどった。スペクトルも、Dirac点でのオフセットが若干大きいが、大きな異常はなく、安定しているので、このまま引いて、LiFeAsの実験に移行することにした。

2011年1月 2日 (日)

Bi2Se3 #A-1 STM/STS by 3He-STM(その3)

越年マッピング終了。不均一の大きさは前回測ったDirac点が-240meV程度の試料より小さいが、不均一が観測されるエネルギースケールは約±20meVで変化しない。したがって、バルクの伝導帯の底とは関係ないことが明らかになった。

トポを良く見ると、少し原子が細長いので、視野を広げて探針が不安定になったときに若干探針が変わったかもしれない。三角形の欠陥はきれいに見えている。探針の効果で不均一になることは無いと思われるので(逆はあり得る)、上記の結果に影響は無い。

比較のためにゼロ磁場で同条件でのマッピングを開始。これが終了したらLiFeAsを入れる予定。

2010年12月30日 (木)

Bi2Se3 #A-1 STM/STS by 3He-STM(その2)

無事にアプローチした。前回と同じ探針を使用しているが、分解能、トポグラフの見え方に変化無し。#3-3より欠陥が多く、ドープが進んでいることとコンシステントである。よくある欠陥は、数格子間隔の大きさの三角形をしているが、今回、一原子の大きさで非常に高い(数nm数100pmのものと、1nm100pm程度のものの2種類ある)欠陥が見受けられる。これは、以前にこのバッチの試料を測定した時にも観測されたが、#3-3では、視野の中には無かった。逆に、#3-3には多数あった、「凹み」は、今回の#A-1には存在しない。単にSe欠損、あるいはBiとSeの入れ替わりではない欠陥が存在するようだ。これは、これまで再現性に問題のあった、磁性不純物効果の再実験をするとき重要な情報になるだろう。

視野を100nmまで広げようと考えたが、この「高い欠陥」近傍で探針が不安定になるので、30nmでのマッピングを行うことにする。不均一構造の空間構造を議論するのは難しいが、不均一のキャリヤ量依存性という当初の目的には、十分だろう。

Dirac点が-300meV近傍であることを確認したのち、11Tでのマッピングを開始。30nm四方、128×128点、±50mV、81layers、セットポイント+0.1V/0.2nA、変調0.7mV、温度1.5K。約59時間のマッピング。

2010年12月29日 (水)

Bi2Se3 #A-1 STM/STS by 3He-STM(その1)

Dirac点が-300meV程度の試料は、無事に1個目の試料の劈開がうまく行き、アプローチ開始。ただし、STMに試料をセットした時にかなり脱ガスし、処理室の真空度が5×10-9 Torr程度まで悪化した(その後すぐに10-11 Torr台に回復)。イオンポンプを焚いていても、2か月ほどの測定中には、やはり最低温になる試料近傍に相当残留ガス(おそらくH2)が吸着しているようだ。

H2は電子ドープに効くらしく、ARPESでDirac点を測ると、劈開直後から数時間のオーダーで深い位置にドリフトしていくそうだ。アプローチに半日近くかけているSTMで測る表面は、すでに緩和しきったものを見ているのだろう。

2010年12月28日 (火)

Bi2Se3 #3-3 STM/STS by 3He-STM(その26)

中間エネルギー領域のマッピング終了。ヒストグラムとLandau準位に相関があるが、基本的にほぼ均一。

LiFeAsに移行しようと思っていたが、Bi2Se3のFermi準位近傍の微細構造、不均一のキャリヤ量依存性をチェックすることを優先すべきと考え、Dirac点が-300meV程度のキャリヤの多い試料を3個load lockにセットした。

2010年12月26日 (日)

Bi2Se3 #3-3 STM/STS by 3He-STM(その25)

Landau指数が小さいところのマップ終了。n=0、あるいはn=1のLandau準位状態は、欠陥近傍ほど低いエネルギーで現れ、同心円上に広がっていく。n=4程度になると、ほぼ均一である。

念のため、中間的なnのエネルギーでのマップを開始。100nm四方、128×128点、-40mV~-135mV、90layers、のマッピングを開始。セットポイント-0.135V/0.1nA、変調2.5mV、温度1.5K、磁場11T。約45時間の予定。

このマッピングの終了時までに、特に必要な実験を思いつかなければ、Bi2Se3は一区切りして、来月の出張に向けてLiFeAsの確認実験を行う予定。

2010年12月24日 (金)

Bi2Se3 #3-3 STM/STS by 3He-STM(その24)

10T終了。Landau準位の底でのみ帯状構造が現れるが、これは、帯よりも、その周辺のDOSが下がっていること、つまりギャップが開いていることに、今更のように気づく。東大物理の福山先生や、ハンブルグのWiesendanger先生のグループの結果とコンシステント。先週、出張先で福山先生に指摘されたのに、なぜピンとこなかったのか不思議というか、情けない。

ただ、その内側でのみ電子状態が不均一になる±20meVという良く定義できるエネルギースケールの起源は未だに謎である。

磁場よりもLandau指数n依存性が重要であろうと考え、このエネルギースケールの外側でのマップを試みる。やはり最重要は、nが小さいところであろう。探針が変わらないことをいのりつつ、100nm四方、128×128点、-125mV~-250mV、80layers、のマッピングを開始。セットポイント-0.25V/0.2nA、変調2.5mV、温度1.5K、磁場11T。約40時間の予定。

2010年12月22日 (水)

Bi2Se3 #3-3 STM/STS by 3He-STM(その23)

9T終了。9Tの不均一パターンと11Tのパターンはある程度似ているので、どのように不均一が磁場変化するのか、系統性を明らかにするために、間の10Tでのマッピングを開始。

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