論文の概要: Electronic structure of InAs and InSb surfaces: density functional
theory and angle-resolved photoemission spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.14935v1
- Date: Tue, 29 Dec 2020 20:41:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-18 11:48:11.581595
- Title: Electronic structure of InAs and InSb surfaces: density functional
theory and angle-resolved photoemission spectroscopy
- Title（参考訳）: InAsおよびInSb表面の電子構造:密度汎関数理論と角分解光電子分光
- Authors: Shuyang Yang, Niels B. M. Schr\"oter, Sergej Schuwalow, Mohana
Rajpalk, Keita Ohtani, Peter KrogstrupGeorg, W. Winkler, Jan Gukelberger,
Dominik Gresch, Gabriel Aeppli, Roman M. Lutchyn, Vladimir N.Strocov, Noa
Marom
- Abstract要約: InAs(001), InAs(111), InSb(110)表面の電子構造について検討した。
InAs(001) の場合, シミュレーションにより表面再構成の効果が明らかとなった。
InAs(111) の場合、シミュレーションは酸化の効果を解明するのに役立つ。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The electronic structure of surfaces plays a key role in the properties of
quantum devices. However, surfaces are also the most challenging to simulate
and engineer. Here, we study the electronic structure of InAs(001), InAs(111),
and InSb(110) surfaces using a combination of density functional theory (DFT)
and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). We were able to perform
large-scale first principles simulations and capture effects of different
surface reconstructions by using DFT calculations with a machine-learned
Hubbard U correction [npj Comput. Mater. 6, 180 (2020)]. To facilitate direct
comparison with ARPES results, we implemented a "bulk unfolding" scheme by
projecting the calculated band structure of a supercell surface slab model onto
the bulk primitive cell. For all three surfaces, we find a good agreement
between DFT calculations and ARPES. For InAs(001), the simulations clarify the
effect of the surface reconstruction. Different reconstructions are found to
produce distinctive surface states. For InAs(111) and InSb(110), the
simulations help elucidate the effect of oxidation. Owing to larger charge
transfer from As to O than from Sb to O, oxidation of InAs(111) leads to
significant band bending and produces an electron pocket, whereas oxidation of
InSb(110) does not. Our combined theoretical and experimental results may
inform the design of quantum devices based on InAs and InSb semiconductors,
e.g., topological qubits utilizing the Majorana zero modes.
- Abstract（参考訳）: 表面の電子構造は、量子デバイスの性質において重要な役割を果たす。
しかし、表面はシミュレートとエンジニアリングがもっとも難しい。
本稿では,密度汎関数理論(DFT)と角度分解光電子分光法(ARPES)を組み合わせたInAs(001),InAs(111),InSb(110)表面の電子構造について検討する。
我々は,機械学習型Hubbard U補正によるDFT計算(npj Comput. Mater. 6, 180 (2020))を用いて,大規模な第1原理シミュレーションと異なる表面再構成の効果を捉えることができた。
arpes結果との直接比較を容易にするために,超セル表面スラブモデルの計算したバンド構造をバルクプリミティブセルに投影して「バルク展開」方式を実装した。
これら3つの面に対して、DFT計算とARPESの整合性は良好である。
InAs(001) の場合, シミュレーションにより表面再構成の効果が明らかとなった。
異なる再構成により、特異な表面状態が生成される。
InAs(111) と InSb(110) の場合、シミュレーションは酸化の効果を解明するのに役立つ。
Sb から O への電荷移動が大きいため、InAs(111) の酸化は大きなバンドの屈曲を引き起こし、電子ポケットを生成するが、InSb(110) の酸化は起こらない。
理論的および実験的な組み合わせにより、マヨラナゼロモードを利用した位相量子ビットなど、InAsおよびInSb半導体に基づく量子デバイスの設計を知らせることができる。
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