Band hybridization between graphene and Hex-Au(001) reconstructed surface

Hex-Au(001)再構成表面とグラフェンのバンド混成

寺澤 知潮   ; 松永 和也*; 林 直輝*; 伊藤 孝寛*; 田中 慎一郎*; 保田 諭   ; 朝岡 秀人  

Terasawa, Tomoo; Matsunaga, Kazuya*; Hayashi, Naoki*; Ito, Takahiro*; Tanaka, Shinichiro*; Yasuda, Satoshi; Asaoka, Hidehito

Hex-Au(001)表面は一次元の波形を持ち、化学的に不活性であるため、グラフェンに対する一次元ポテンシャルの効果を調べるために採用されてきた。このようなポテンシャルは、グラフェンのバンド構造を異方的にし、ポテンシャルを横切るゾーン境界でのミニギャップやポテンシャルに沿った高い群速度を示すと予想される。しかし、Hex-Au(001)上のグラフェンにおけるバンドギャップは、走査型トンネル分光によって間接的に示唆されたに過ぎなかった。ここでは、角度分解光電子分光法(ARPES)と密度汎関数理論(DFT)計算を用いて、Hex-Au(001)基板上のグラフェンのバンド構造について報告する。ARPESでは、グラフェンのバンドがAuの6spバンドに近いバンドギャップを示している。また、DFT計算によるバンド構造では、バンドギャップはグラフェンバンドの交点ではなく、グラフェンバンドとAu 6spバンドの交点にあることが示された。したがって、このバンドギャップはグラフェンとAuの混成に由来すると結論づけられる。この混成は、SiC基板上のグラフェンとAuの界面で観測されたものと類似している。SiC基板上グラフェンとAuのギャップ付近で100meVのラッシュバ分裂が観測されたことから、グラフェンとAuの混成が重要であることが予想される。

As a Hex-Au(001) surface shows one-dimensional corrugation and is chemically inert, it has been employed to study the effect of one-dimensional potential on graphene. Such potential has been expected to make the band structure of graphene anisotropic, which shows the mini-gap at the zone boundary across the potential and the high group velocity along the potential. However, the bandgap in the graphene on Hex-Au(001) was only indirectly suggested by scanning tunneling spectroscopy. Here, we report the band structure of graphene on Hex-Au(001) substrates using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and density functional theory (DFT) calculation. The ARPES image shows the bandgap in the graphene band close to the Au 6sp band. The DFT calculated band structure shows the bandgap not at the crossing point of the graphene bands but that of graphene and Au 6sp bands. We thus conclude that the bandgap originates from the hybridization between graphene and Au. This hybridization is similar to that observed in the graphene and Au interface on the SiC substrate. We expect that the hybridization between graphene and Au is essential as the Rashba splitting of 100 meV was observed around the gap.