Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Использование эффекта Рашбы для спинового транспорта предполагает наличие спин-расщепленных электронных состояний с металлическим характером проводимости. Однако, элементы с сильным спин-орбитальным взаимодействием, например, Bi, Tl, Sb, Pt, при формировании реконструкций на кремнии, как правило, приводят к образованию неметаллических спин-расщепленных зон. Нами предложена стратегия создания спин-расщепленных металлических состояний на кремнии с помощью увеличения плотности атомов путем формирования двумерных сплавов металла с сильным спин-орбитальным взаимодействием и другого подходящего металла. Были исследованы три системы, формирование двумерных сплавов при взаимодействии Na с Si(111)√3×√3-Bi и Pb с Si(111)1×1-Tl, а также формирование двухслойной сэндвич-подобной структуры, состоящей из одного моноатомного слоя лежащего на одном моноатомном слое Sn на поверхности Si(111), Во всех случаях была продемонстрирована эффективность такого подхода для создания поверхностных спин-расщепленных металлических состояний с различной спиновой текстурой на поверхности кремния.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Продолжен поиск и исследование двумерных сплавов и соединений на основе элементов с большим спин-орбитальным взаимодействием на поверхности кремния имеющих спин-расщепленные металлические состояния. 1. Показано, что взаимодействие всех щелочных металлов (Li, Na, K, Rb и Cs) с поверхностью Si(111)√3×√3-Bi приводит к формированию таких сплавов. 2. Установлено, что двумерный сплав Si(111)2×2-(Au,Al) состоит из четырех атомов Au, трех атомов Al и двух атомов Si на элементарную ячейку 2×2 и имеет металлические поверхностные зоны, расщепленные по спину и существенную анизотропию спина вблизи уровня Ферми. 3. Обнаружен новый механизм формирования квази-периодических двумерных сплавов TlxBi1−x, состоящих из одного слоя атомов, который формируется с помощью набора нескольких идентичных ячеек (блоков) и описывается, так называемым, паркетом Архимеда. Для двух перидических структур Tl0.75Bi0.25 и Tl0.632Bi0.368, имеющих периодичность √3×√3 и 4×4, соответственно, определена электронная структура, которая показывает, что оба сплава имеют металлические спин-расщепленные состояния со спиновой текстурой соответствующей модели Рашбы. 4. Впервые для двумерного сплава Si(111)√3×√3-(Tl,Pb) толщиной в один атомный слой обнаружена сверхпроводимость с критической температурой 2.25 K, которая сосуществует с гигантское спиновым расщеплением (∼250 meV).

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Продолжен поиск и исследование двумерных сплавов и соединений на основе элементов с большим спин-орбитальным взаимодействием на поверхности кремния имеющих спин-расщепленные металлические состояния. 1. Обнаружены и исследованы с помощью дифракции медленных электронов, скани-рующей туннельной микроскопии, фотоэлектронной спектроскопии с угловым разре-шением и расчетов из первых принципов два двумерных соединения Tl–Pb на поверхности Ge(111), (Tl, Pb)/Ge(111)√3×√3 и (Tl, Pb)/Ge(111)3×3 и определены их состав, построены атомные структурные модели и исследована их электронная зонная структура. Оказалось, что соединение (Tl, Pb)/ Ge(111)√3×√3 практически полностью идентично соединению (Tl, Pb)/Si(111)√3×√3 с точки зрения атомной и электронной структуры. Соединение (Tl, Pb)/Ge(111)3×3 содержит 6 атомов Tl и 7 атомов Pb на элементарную ячейку 3×3, то есть 0.67 МС Tl и 0.78 МС Pb. Модель представляет собой плотноупакованный массив, состоящий из отдельный элементов, образованный атомами Tl и Pb и включает гексамер, состоящий из 7 атомов Pb и двух тримеров Tl на элементарную ячейку 3×3. В электронной зонной структуре этого соединения имеются две металлические спин-расщепленные зоны. Сходство двумерных сплавов (Tl, Pb), обнаруженных на поверхности Ge(111), со сплавом (Tl, Pb)/Si(111)√3×√3 на поверхности Si(111), который обладает сверхпроводящими свойствами, позволяет надеяться, что эти сплавы также могут обладать сверхпроводящими свойствами. 2. Методом СТМ установлено, что в зависимости от условий формирования в системе (Bi,In) на поверхности Si(111)7×7 и последующего отжига при 250–550 °C формируются несколько периодических структур, а именно, (а) 2×2-(Bi, In), содержащая ~0.7 МС Bi и 1.0 МС In, (б) √7×√7- (Bi, In), содержащая ~0.4 МС Bi и ~0.9 МС In, и (в) 5×5-(Bi, In), содержащая ~0.5 МС Bi и ~0.6 МС In. Исследования методом сканирующей туннельной спектроскопии показало, что структуры 5×5-(B,In) и √7×√7-(B,In) являются полупроводниковыми с шириной запрещённой зоны около 0,8÷1 эВ, а структура 2×2-(Bi,In) обладает металлическими свойствами. С помощью расчётов из первых принципов построены атомные структурные модели перечисленных выше двумерных соединений (Bi, In)/Si(111). Моделирование СТМ изображений на основе предложенных моделей для всех двумерных сплавов показало, что они достаточно хорошо соответствуют экспериментально наблюдаемым СТМ изображениям. 3. Методами ДМЭ, СТМ и используя данные первопринципные расчёты было обнаружено и исследовано двумерное соединение в системе (Tl, Pb)/Si(111) с периодичность 4×4 и определены его состав, атомная структура и электронные свойства. Установлено, что элементарная ячейка 4×4 содержит 12 атомов Pb и 9 атомов Tl, то есть, покрытия для атомов Pb и Tl составляют 0.75 и 0.56 МС, соответственно. Структурная модель представляет собой плотноупакованный массив, состоящий из отдельный эле-ментов, образованный атомами Tl и Pb и включает гексамер, состоящий из 12 атомов Pb, треугольника, состоящего из 6 атомов Tl и тримера Tl.