不活性表面に蒸着した単層シリコンの構造

Structure of mono-layered silicon on inert surface

馬場 祐治  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵; 関口 哲弘  

Baba, Yuji; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie; Sekiguchi, Tetsuhiro

単原子層のシリコンがグラフェンと類似のハニカム構造をとりうるという理論計算は数多くあるが、実験的にはその構造は必ずしも確認されていない。本研究では、表面が平坦で不活性な高配向性熱分解グラファイト(HOPG)およびサファイアを基板に用い、その表面にシリコンを精密蒸着し、相互作用の小さい"free-standing"の単層シリコン膜の作成を試みた。蒸着膜の構造は、放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)およびX線近吸収端微細構造法(NEXAFS)によりその場観察した。両基板とも、0.2モノレーヤー以下のシリコン膜のSi K-吸収端NEXAFSスペクトルには、バルクのシリコンにはない高エネルギー領域に明瞭な2つのピークが観測された。分子軌道計算結果から、これらのピークはSi 1s軌道から非占有パイ軌道およびシグマ軌道への共鳴励起によるものと同定した。放射光の入射角を変えてNEXAFSスペクトルの偏光依存性を測定したところ、グラファイトと類似の偏光依存性が認められた。このことから、蒸着されたシリコンの一部はグラフェンに類似した構造をとり、基板に平行に配向することを明らかにした。

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