論文の概要: Influence of sample momentum space features on scanning tunnelling microscope measurements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.11980v1
• Date: Mon, 26 Jul 2021 06:25:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 21:44:55.835306
• Title: Influence of sample momentum space features on scanning tunnelling microscope measurements
• Title（参考訳）: 走査型トンネル顕微鏡計測における試料運動量空間特性の影響
• Authors: Maxwell T. West, Muhammad Usman
• Abstract要約: s$軌道近似の失敗は試料シリコン(Si)の間接バンドギャップによるものであることを示す。 我々の研究は、運動量空間の特徴に基づく半導体材料の将来のSTM研究を理解するための新たな洞察を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9543667840503739
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Theoretical understanding of scanning tunnelling microscope (STM) measurements involve electronic structure details of the STM tip and the sample being measured. Conventionally, the focus has been on the accuracy of the electronic state simulations of the sample, whereas the STM tip electronic state is typically approximated as a simple spherically symmetric $ s $ orbital. This widely used $ s $ orbital approximation has failed in recent STM studies where the measured STM images of subsurface impurity wave functions in silicon required a detailed description of the STM tip electronic state. In this work, we show that the failure of the $ s $ orbital approximation is due to the indirect band-gap of the sample material silicon (Si), which gives rise to complex valley interferences in the momentum space of impurity wave functions. Based on direct comparison of STM images computed from multi-million-atom electronic structure calculations of impurity wave functions in direct (GaAs) and indirect (Si) band-gap materials, our results establish that whilst the selection of STM tip orbital only plays a minor qualitative role for the direct band gap GaAs material, the STM measurements are dramatically modified by the momentum space features of the indirect band gap Si material, thereby requiring a quantitative representation of the STM tip orbital configuration. Our work provides new insights to understand future STM studies of semiconductor materials based on their momentum space features, which will be important for the design and implementation of emerging technologies in the areas of quantum computing, photonics, spintronics and valleytronics.
• Abstract（参考訳）: 走査トンネル顕微鏡(STM)測定の理論的理解には、STM先端と測定中の試料の電子構造の詳細が含まれる。 従来、サンプルの電子状態シミュレーションの精度に焦点が当てられていたが、STMの先端電子状態は通常、単純な球対称の$ s $軌道として近似されている。 最近のSTM研究では、シリコン中の地下不純物波動関数のSTM画像がSTM先端電子状態の詳細な記述を必要とした。 本研究では, s $ 軌道近似の失敗は試料シリコン(si)の間接バンドギャップによるものであり, 不純物波動関数の運動量空間における複雑な谷干渉を引き起こすことを示した。 Based on direct comparison of STM images computed from multi-million-atom electronic structure calculations of impurity wave functions in direct (GaAs) and indirect (Si) band-gap materials, our results establish that whilst the selection of STM tip orbital only plays a minor qualitative role for the direct band gap GaAs material, the STM measurements are dramatically modified by the momentum space features of the indirect band gap Si material, thereby requiring a quantitative representation of the STM tip orbital configuration. 我々の研究は、量子コンピューティング、フォトニクス、スピントロニクス、バレートロニクスといった分野における新興技術の設計と実装において重要な、運動量空間の特徴に基づく半導体材料の将来のSTM研究を理解するための新たな洞察を提供する。

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