リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Tunable two-dimensional electron system at the (110) surface of SnO2」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Tunable two-dimensional electron system at the (110) surface of SnO2

J Dai E Frantzeskakis F Fortuna P Lömker R Yukawa M Thees S Sengupta P Le Fèvre F Bertran J E Rault K Horiba M Müller H Kumigashira A.F Santander-Syro 東北大学 DOI:10.1103/PhysRevB.101.085121

2020.02.14

概要

We report the observation of a two-dimensional electron system (2DES) at the (110) surface of the transparent bulk insulator SnO2 and the tunability of its carrier density by means of temperature or Eu deposition. The 2DES is insensitive to surface reconstructions and, surprisingly, it survives even after exposure to ambient conditions—an extraordinary fact recalling the well known catalytic properties SnO2. Our data show that surface oxygen vacancies are at the origin of such 2DES, providing key information about the long-debated origin of n-type conductivity in SnO2, at the basis of a wide range of applications. Furthermore, our study shows that the emergence of a 2DES in a given oxide depends on a delicate interplay between its crystal structure and the orbital character of its conduction band.

この論文で使われている画像

参考文献

[1] M. Batzill and U. Diebold, Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 2307 (2007).

[2] M. Batzill, K. Katsiev, and U. Diebold, Surf. Sci. 529, 295 (2003).

[3] L. R. Merte, M. S. Jørgensen, K. Pussi, J. Gustafson, M. Shipilin, A. Schaefer, C. Zhang, J. Rawle, C. Nicklin, G. Thornton et al., Phys. Rev. Lett. 119, 096102 (2017).

[4] Catalysis and Chemical Processes, edited by R. Pearce and W. R. Patterson (Wiley, New York, 1981).

[5] M. Sinner-Hettenbach, Göthelid, T. Weiss, N. Barsan, U. Weimar, H. von Schenck, L. Giovanelli, and G. L. Lay, Surf. Sci. 499, 85 (2002).

[6] S. Semancik and D. F. Cox, Sens. Actu. 12, 101 (1987).

[7] J. Watson, Sens. Actu. 5, 29 (1984).

[8] D. F. Cox, T. B. Fryberger, and S. Semancik, Surf. Sci. 224, 121 (1989).

[9] M. Batzill and U. Diebold, Prog. Surf. Sci. 79, 47 (2005).

[10] F. H. Jones, R. Dixon, J. S. Foord, R. G. Egdell, and J. B. Pethica, Surf. Sci. 376, 367 (1997).

[11] F. J. Berry, Adv. Catal. 30, 97 (1981).

[12] M. Batzill, K. Katsiev, J. M. Burst, U. Diebold A. M. Chaka, and B. Delley, Phys. Rev.B 72, 165414 (2005).

[13] P. G. Harrison, C. Bailey, and W. Azelee, J. Catal. 186, 147 (1999).

[14] F. Solymosi and J. Kiss, J. Catalysis 41, 202 (1976).

[15] M. J. Fuller and M. E. Warwick, J. Catalysis 29, 441 (1973).

[16] M. A. Mäki-Jaskari and T. T. Rantala, Phys. Rev. B 64, 075407 (2001).

[17] R. G. Egdell, J. Rebane, T. J. Walker, and D. S. L. Law, Phys. Rev. B 59, 1792 (1999).

[18] J. Haines and J. M. Léger, Phys. Rev. B 55, 11144 (1997).

[19] K. Reimann and M. Steube, Solid State Commun. 105, 649 (1998).

[20] J. Robertson, J. Phys. C 12, 4767 (1979).

[21] S. Munnix and M. Schmeits, Phys. Rev.B 27, 7624 (1983).

[22] D. F. Cox, T. B. Fryberger, and S. Semancik, Phys. Rev. B 38, 2072 (1988).

[23] R. G. Egdell, S. Eriksen, and W. R. Flavell, Solid State Commun. 60, 835 (1986).

[24] P. A. Cox, R. G. Egdell, C. Harding, W. R. Patterson, and P. J. Tavener, Surf. Sci. 123, 179 (1982).

[25] J. Themlin, R. Sporken, J. Darville, R. Caudano, J. M. Gilles, and R. Johnson, Phys. Rev.B 42, 11914 (1990).

[26] R. G. Egdell, S. Eriksen, and W. R. Flavell, Solid State Commun. 44, 837 (1982).

[27] R. G. Egdell, S. Eriksen, and W. R. Flavell, Surf. Sci. 192, 265 (1987).

[28] P. C. Hollamby, P. S. Aldridge, G. Moretti, R. G. Egdell, and W. R. Flavell, Surf. Sci. 280, 393 (1993).

[29] J. Oviedo and M. G. Gillan, Surf. Sci. 467, 35 (2000).

[30] J. A. Marley and R. C. Dockerty, Phys. Rev. 140, A304 (1965).

[31] K. H. L. Zhang, R. G. Egdell, F. Offi, S. Iacobucci, L. Petaccia, S. Gorovikov, and P. D. C. King, Phys. Rev. Lett. 110, 056803 (2013).

[32] L. F. J. Piper, L. Colakerol, P. D. C. King, A. Schleife, J. Zúñiga- Pérez, P.-A. Glans, T. Learmonth, A. Federov, T. D. Veal, F. Fuchs et al., Phys. Rev. B 78, 165127 (2008).

[33] T. C. Rödel, J. Dai, F. Fortuna, E. Frantzeskakis, P. L. Fèvre, F. Bertran, M. Kobayashi, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, and A. F. Santander- Syro, Phys. Rev. Mater. 2, 051601(R) (2018).

[34] R. Yukawa, K. Ozawa, S. Yamamoto, H. Iwasawa, K. Shimada, E. F. Schwier, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira, H. Namatame, M. Taniguchi et al., Phys. Rev. B 94, 165313 (2016).

[35] T. C. Rödel, F. Fortuna, F. Bertran, M. Gabay, M. J. Rozenberg, A. F. Santander-Syro, and P. Le Fèvre, Phys. Rev. B 92, 041106(R) (2015).

[36] T. C. Rödel, F. Fortuna, S. Sengupta, E. Frantzeskakis, P. L. Fèvre, F. Bertran, B. Mercey, S. Matzen, G. Agnus, T. Maroutian et al., Adv. Mater. 28, 1976 (2016).

[37] A. F. Santander-Syro, O. Copie, T. Kondo, F. Fortuna, S. Pailhès, R. Weht, X. G. Qiu, F. Bertran, A. Nicolau, A. Taleb- Ibrahimi, P. L. Fèvre, G. Herranz, M. Bibes, N. Reyren, Y. Apertet, P. Lecoeur, A. Barthélémy, and M. J. Rozenberg, Nature (London) 469, 189 (2011).

[38] T. C. Rödel, C. Bareille, F. Fortuna, C. Baumier, F. Bertran, P. L. Fèvre, M. Gabay, O. H. Cubelos, M. J. Rozenberg, T. Maroutian, P. Lecoeur, and A. F. Santander-Syro, Phys. Rev. Appl. 1, 051002 (2014).

[39] C. Bareille, F. Fortuna, T. C. Rödel, F. Bertran, M. Gabay, O. H. Cubelos, A. Taleb-Ibrahimi, P. L. Fèvre, M. Bibes, A. Barthélémy, T. Maroutian, P. Lecoeur, M. J. Rozenberg, and A. F. Santander-Syro, Sci. Rep. 4, 3586 (2014).

[40] P. Lömker, T. C. Rödel, T. Gerber, F. Fortuna, E. Frantzeskakis, P. Le Fèvre, F. Bertran, M. Müller, and A. F. Santander-Syro, Phys. Rev. Mater. 1, 062001 (2017).

[41] E. Frantzeskakis, T. C. Rödel, F. Fortuna, and A. F. Santander- Syro, J. Electron Spectr. Rel. Phenom. 219, 16 (2017).

[42] W. Meevasana, P. D. C. King, R. H. He, S.-K. Mo, M. Hashimoto, A. Tamai, P. Songsiriritthigul, F. Baumberger, and Z.-X. Shen, Nat. Mater. 10, 114 (2011).

[43] A. F. Santander-Syro, C. Bareille, F. Fortuna, O. Copie, M. Gabay, F. Bertran, A. Taleb-Ibrahimi, P. Le Fèvre, G. Herranz, N. Reyren, M. Bibes, A. Barthélémy, P. Lecoeur, J. Guevara, and M. J. Rozenberg, Phys. Rev.B 86, 121107 (2012).

[44] P. D. C. King, R. H. He, T. Eknapakul, P. Buaphet, S.-K. Mo, Y. Kaneko, S. Harashima, Y. Hikita, M. S. Bahramy, C. Bell, Z. Hussain, Y. Tokura, Z.-X. Shen, H. Y. Hwang, F. Baumberger, and W. Meevasana, Phys. Rev. Lett. 108, 117602 (2012).

[45] Z. Wang, Z. Zhong, X. Hao, S. Gerhold, B. Stoger, M. Schmid, J. Sanchez-Barriga, A. Varykhalov, C. Franchini, K. Held, and U. Diebold, PNAS 111, 3933 (2014).

[46] S. McKeown Walker, A. de la Torre, F. Y. Bruno, A. Tamai, T. K. Kim, M. Hoesch, M. Shi, M. S. Bahramy, P. D. C. King, and F. Baumberger, Phys. Rev. Lett. 113, 177601 (2014).

[47] S. McKeown Walker, F. Y. Bruno, Z. Wang, A. de la Torre, S. Ricco, A. Tamai, T. K. Kim, M. Hoesch, M. Shi, M. S. Bahramy, P. D. C. King, and F. Baumberger, Adv. Mater. 27, 3894 (2015).

[48] T. C. Rödel, M. Vivek, F. Fortuna, P. L. Fèvre, F. Bertran, R. Weht, J. Goniakowski, M. Gabay, and A. F. Santander-Syro, Phys. Rev. B 96, 041121(R) (2017).

[49] C. Chen, J. Avila, E. Frantzeskakis, A. Levy, and M. C. Asensio, Nat. Commun. 6, 8585 (2015).

[50] Z. Wang, S. M. Walker, A. Tamai, Y. Wang, Z. Ristic, F. Y. Bruno, A. De La Torre, S. Riccò, N. Plumb, M. Shi et al., Nat. Mater. 15, 835 (2016).

[51] S. Moser, J. Electron Spectr. Rel. Phenom. 214, 29 (2017).

[52] S. Moser, V. Jovic, R. Koch, L. Moreschini, J.-S. Oh, C. Jozwiak, A. Bostwick, and E. Rotenberg, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 225, 16 (2018).

[53] T. C. Rödel, private communication.

[54] A. S. Lanje, S. J. Sharma, R. B. Pode, and R. S. Ningthoujam, Arch. Apll. Sci. Res. 2, 127 (2010).

[55] P. D. Padova, M. Fanfoni, R. Larciprete, M. Mangiantini, S. Priori, and P. Perfetti, Surf. Sci. 313, 379 (1994).

[56] Y. Aiura, I. Hase, H. Bando, T. Yasue, T. Saitoh, and D. S. Desau, Surf. Sci. 515, 61 (2002).

[57] P. King and T. D. Veal, J. Phys. Condens. Matter 23, 334214 (2011).

[58] J. Oviedo and M. J. Gillan, Surf. Sci. 513, 26 (2002).

[59] S. Moser, L. Moreschini, J. Jac´imovic´, O. S. Barišic´, H. Berger, A. Magrez, Y. J. Chang, K. S. Kim, A. Bostwick, E. Rotenberg et al., Phys. Rev. Lett. 110, 196403 (2013).

[60] S. Backes, T. C. Rödel, F. Fortuna, E. Frantzeskakis, P. Le Fèvre, F. Bertran, M. Kobayashi, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, R. Saint-Martin, A. Fouchet, B. Berini, Y. Dumont, A. J. Kim, F. Lechermann, H. O. Jeschke, M. J. Rozenberg, R. Valentí, and A. F. Santander-Syro, Phys. Rev. B 94, 241110(R) (2016).

[61] http://chemistry-reference.com/standard%20thermodynamic% 20values.pdf, accessed: 2019-06-04.

[62] P. Zhang, P. Richard, T. Qian, Y.-M. Xu, X. Dai, and H. Ding, Rev. Sci. Instr. 82, 043712 (2011).

[63] A fit of the bare data yields an identical energy for the band bottom but a slightly lower effective mass m∗ = 0.24me. In fact, the kF values derived from the momentum distribution curves of the raw data at the Fermi level are always smaller than the real ones because the Gaussian convolution with the experimental resolution shifts the band slightly towards EF .

[64] P. Peercy and B. Morosin, Phys. Rev.B 7, 2779 (1973).

[65] A. Dieguez, A. Romano-Rodrıguez, A. Vila, and J. Morante, J. Appl. Phys. 90, 1550 (2001).

[66] P. Sangeetha, V. Sasirekha, and V. Ramakrishnan, J. Raman Spectroscopy 42, 1634 (2011).

[67] C. Verdi, F. Caruso, and F. Giustino, Nat. Commun. 8, 15769 (2017).

参考文献をもっと見る