Обнаружение состояний с колоссальной спиновой поляризацией в интеркалированном таллене
Появление графена и его аналогов,X-енов, таких как силицен, германен, станен и др. стало передовым направлением исследований благодаря их уникальным оптическим, электрическим, термоэлектрическим и каталитическим свойствам. 2DX-ены являются наиболее химически активными материалами в семействе 2D-материалов и обладают функциональностью находящей применения в технологиях химических сенсоров, биомедицины и хранения энергии. За исключением графена, существующего в свободном состоянии, для выращивания другихX-енов требуются подходящие подложки, которые либо модулируют структуру эпитаксиального слоя, если имеет место сильно связанный интерфейс, либо обеспечивают перенос заряда, приводящий к легированию электронов или дырок в эпитаксиальный слой в случае слабосвязанного интерфейса. Среди 2DX-енов, построенных из элементов III-VI групп, синтез таллена был давней проблемой и оставался неисследованной «серой зоной». Совсем недавно таллен был выращен эпитаксиально на подложке NiSi2. Однако сильная гибридизация таллена с подложкой разрушает электронные свойства 2D-Tl. В связи с этим поиск эффективного способа изготовления устойчивого монослоя таллена и обогащения его функциональных возможностей оставался нерешённой задачей. В настоящей работе слой таллена был выращен путем декорирования границы раздела таллен/NiSi2атомными кластерами Sn, что позволяет устранить связь таллен-подложка и получить высококачественный крупномасштабный монослой таллена. Теоретические исследования электронной структуры данной системы предсказали формирование электронных зон чуть выше экспериментального уровня Ферми, демонстрирующих колоссальную спиновую поляризацию. Было показано, что соответствующее электронное допирование или внешнее электрическое поле могут обеспечить спин-транспортный режим для этих состояний, что было подтверждено экспериментально фотоэмиссионными измерениями. Обнаруженная возможность управления зонной структурой повышает функциональность 2D-Tl и делает его очень привлекательным материалом для приложений спинтроники.
Работа частично выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема № FWRW-2022-0001.
Alexey N. Mihalyuk, Leonid V. Bondarenko, Alexandra Y. Tupchaya, Yuriy E. Vekovshinin, Tatyana V. Utas, Dimitry V. Gruznev, Jyh-Pin Chou, Sergey V. Eremeev, Andrey V. Zotov, Alexander A. Saranin "Large-scale thallene film with emergent spin-polarized states mediated by tin intercalation for spintronics applications" Materials Today Advances 18, 100372 (2023).