Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Были проведены исследования по всем трем направлениям, заявленным на этап 2022 года, и по всем из них получены результаты мирового уровня, что нашло отражение в трех публикациях с рейтингом Q1. В частности, в рамках первого направления, посвященного квази-одномерным системам, была исследована слоистая система, образованная атомными слоями Pb и Au на поверхности Si(100). Было установлено, что внедрение атомного слоя Au между пленкой Pb и подложкой Si(100) позволяет формировать пленки Pb одно- и двухатомной толщины. Пленки Pb имеют структуру с двумерными квадратными решетками слоев Pb и одномерными цепочками атомов Pb на поверхности с образованием сверхрешеток Si(100)1×7-(Pb, Au) и Si(100)5×1-(Pb, Au) в случае одно- и двухатомных слоев Pb, соответственно. Их общая черта – квази-одномерный характер зонной структуры. Транспортные измерения in situ при низких температурах показали, что внедрение слоя Au значительно улучшает сверхпроводящие свойства пленок Pb по сравнению с пленками Pb, выращенных на Si(100) без прослойки Au. Полученные результаты открывают новые возможности управления двумерной сверхпроводимостью в пленках предельно малой толщины атомного масштаба. В рамках второго направления с помощью четырех-зондового метода были проведены низко-температурные in situ измерения проводимости пленки Bi(111) толщиной 6,24 нм при осаждении на нее атомов Cs в диапазоне покрытий от 0,011 до 0,166 МС. Было установлено, что за счет передачи электронов от адсорбированных атомов Cs пленке Bi(111) происходит смещение уровня Ферми системы вверх по шкале энергии. Из-за особенностей строения зонной структуры Bi(111) плотность электронных состояний на уровне Ферми, которая прямо связана с концентрацией носителей, меняется при этом немонотонным образом. Аналогичным образом меняется и проводимость, а именно уменьшается практически вдвое при осаждении 0,011 монослоя (МС) Cs, восстанавливается к исходному значению при осаждении 0,025 МС Cs и постепенно возрастает при дальнейшем осаждении Cs. Полученный результат показывает, что легирование атомами Cs является эффективным инструментом управления электронными и транспортными свойствами пленок Bi(111). В рамках третьего направления были сформированы пленки CePb3 моноатомной толщины на подложке Si(111) и исследованы их структурные, электронные и магнитные свойства. Было установлено, что пленки характеризуются высоким кристаллическим совершенством и имеют структуру решетки кагоме. Особенностью зонной структуры моноатомного слоя CePb3 на Si(111) является гигантское сильно анизотропное спиновое расщепление зон поверхностных электронных состояний Рашбовского типа. Расчеты показали, что слой может демонстрировать ферромагнетизм с небольшим магнитным моментом, ориентированным перпендикулярно поверхности образца. В целом, полученные данные показывают, что система CePb3/Si(111) обладает уникальными электронными свойствами, и в случае дырочного легирования, как это и реализуется в эксперименте, может быть использована в режиме управляемого спинного тока, что делает ее перспективным низкоразмерным материалом для спинтроники.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Были проведены исследования по всем направлениям, заявленным на этап 2023 года, и по всем из них получены результаты мирового уровня, что нашло отражение в публикациях с рейтингом Q1 и Q2. В частности, в рамках направления, посвященного исследованию многокомпонентных систем, имеющих квази-одномерную структуру и свойства, были выполнены две работы. В первой работе было исследовано влияние адсорбированных атомов хрома на структурный переход в квази-одномерной реконструкции In/Si(111)4×1. Эта реконструкция представляет собой массив нанопроволок, образованный атомными цепочками индия. При охлаждении до температур ниже ~130 К система претерпевает структурный переход, который сопровождается удвоением периода в направлении вдоль атомных цепочек. Как было известно из литературных данных, адсорбированные атомы могут влиять на температуру перехода. Например, атомы таких элементов, как Na, Pb, In, Ag и H, смещают температуру перехода в область более низких температур. В настоящей работе в качестве адсорбата был выбран хром (Cr). Было установлено, что в отличие от других металлических элементов, которые занимают на поверхности In/Si(111)4×1 адатомные положения, атомы Cr встраиваются в положения, расположенные ниже уровня атомов In, образующих массив квази-одномерных нанопроволок In. Однако, несмотря на различие в адсорбционном положении, эффекты, производимые Cr, аналогичны таковым, что имеют место в случае других металлических адсорбатов. В частности, адсорбция Cr в диапазоне от 0 до 0,0155 монослоя Cr уменьшает температуру перехода от 122 К до 60 К по закону, близкому к линейному. Вторая работа была посвящена исследованию структурных превращений квази-одномерной реконструкции Au/Si(111)5×2, вызванных адсорбцией атомов таллия (Tl). В настоящее время влияния адсорбатов на структуру и электронные свойства реконструкции Au/Si(111)5×2 привлекает значительное внимание исследователей. Принципиальным отличием нашей работы от предыдущих было то, что после осаждения Tl при комнатной температуре образец нагревали до ~300oC, в результате чего происходил структурный переход от суперструктуры с решеткой 5×2 к суперструктуре с решеткой 4×2. Было установлено, что в результате структурного перехода расстояние между рядами золота уменьшается за счет того, что полоску Si, разделяющую ряды Au и имеющую графеноподобную сотовую структуру, так называемого, силицена, заменяет одиночная зигзагоподобная атомная цепочка Si. Эта структурная модель поверхности (Au, Tl)/Si(111)4×2 подтверждается хорошим совпадением экспериментальных и расчетных СТМ изображений. Исследование электронных свойств фазы (Au, Tl)/Si(111)4×2 с помощью метода фотоэлектронной электронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) показало, что структурное превращение сопровождается переходом «металл-изолятор». Второе направление было посвящено исследованию возможности управления структурными и электронными свойствами таких уникальных объектов, как, так называемые, 2D-Xene, то есть моноатомных слоев различных элементов, имеющих сотовую атомную структуру, подобную графену. Были выполнены работы по модификации структуры 2D-Xene за счет адсорбции на них металлических адсорбатов. В частности, для таллена (2D-Xene, образованного атомами Tl), синтезированного на подложке NiSi2/Si(111), в качестве адсорбата использовали атомы Sn, а для модификации плюмбена (2D-Xene, образованного атомами Pb), сформированного на поверхности Si(111), терминированной реконструкцией √3×√3-В Mg и Yb. Во всех случаях модификация приводила к положительным результатам. В частности, внедрение атомного слоя Sn между талленом и подложкой позволило таллену в полной мере проявить присущие ему экзотические свойства. Было показано, что образец Tl/Sn/NiSi2/Si(111) демонстрирует гигантское спиновое расщепление электронных зон поверхностных состояний чуть выше уровня Ферми. Был сделан вывод, что возможность смещения уровня Ферми с помощью легирования слоя Tl путем осаждением дополнительных атомов Tl делает его перспективным материалом для спинтронных приложений. В качестве инициативной поисковой работы в рамках исследования модифицированных пленок Bi на кремнии было изучено формирование двумерного соединения Bi-Ba атомной толщины на поверхности Si(111). Барий (~0,6 монослоя) осаждали на поверхность Bi/Si(111), представляющей собой смесь фаз, имеющих одинаковую решетку √3×√3, но различную концентрацию атомов Bi (0,33 и 1.0 монослоя). Прогрев образца при ~550оС приводил к формированию сплав Bi-Ba с решеткой √7×√7. Расчеты зонной электронной структуры показали, что система (Bi, Ba)/Si(111) имеет металлический характер при том, что исходная система Bi/Si(111) демонстрирует полупроводниковые свойства. Общим свойством обеих систем является значительное спиновое расщепление зон поверхностных электронных состояний, но появление металлических свойств у системы (Bi, Ba)/Si(111) делает ее значительно более перспективной в качестве материала для спинтроники.