The anisotropic band structure of layered In\u3csub\u3e4\u3c/sub\u3eSe\u3csub\u3e3\u3c/sub\u3e(001)

There is discernable and significant band dispersion along both high symmetry directions for cleaved ordered surfaces of the layered In4Se3(001). The extent of dispersion of approximately 1 eV is observed along the surface chain rows, and about 0.5 eV perpendicular to the surface “furrows,” consistent with theoretical expectations. A possible surface state exists at the surface Brillouin zone edge, in the direction perpendicular to the chains, in a gap of the projected bulk band structure. Excluding the possible surface state, the experimental hole mass is 5.5 times greater along the chains than perpendicular to the chains, but the dispersion is easier to discern

Ab-initio calculations and ellipsometry measurements of the optical properties of the layered semiconductor In4Se3

In this work, we present a thorough study of the optical properties of the layered orthorhombic compoundIn4Se3. The dielectric function—real and imaginary parts, the complex refraction index, the reflectivity, theabsorption coefficient, and the conductivity of In4Se3 were calculated with the inclusion of the spin-orbitinteraction, using an ab initio FP-LAPW method based on DFT. Also, generalized ellipsometry was employedfor more precise measurement of the anisotropic dielectric functions for polarization along crystal a, b, and caxes of orthorhombic absorbing In4Se3 single crystals cut approximately parallel to (100) at photon energiesfrom 0.76 to 3.1 eV. Our experimental results show a good agreement with our calculations. We discuss thelocation and nature of the main optical peaks appearing in the spectra. The obtained optical functions displaya rather anisotropic behavior, mainly in the infrared-visible region. Our results seem to be predictive to a highextension, given the scarce experimental information about its optical properties.Fil: Makinistian, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); Argentina. Universidad Nacional de Entre Rios; ArgentinaFil: Albanesi, Eduardo Aldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); Argentina. Universidad Nacional de Entre Rios; ArgentinaFil: Gonzalez Lemus, Nasly Vanessa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); Argentina. Universidad Nacional de Entre Rios; ArgentinaFil: Petukhov, A. G.. South Dakota School of Mines; Estados UnidosFil: Schmidt, D.. University Of Nebraska; Estados UnidosFil: Schubert, E.. University Of Nebraska; Estados UnidosFil: Schubert, M.. University Of Nebraska; Estados UnidosFil: Losovyj, Ya. Louisiana State University; Estados UnidosFil: Galiy, P.. Ivan Franko National University of Lviv; UcraniaFil: Dowben, P.. University Of Nebraska; Estados Unido

Structural Aspect of Formation of a Nanosystem of In/In₄Se₃ (100)

Self-assembled indium deposition-induced nanostructures are obtained on the UHV cleaved (100) surface of In₄Se₃ layered semiconductor crystals. The small indium-deposition rates and short deposition times are chosen to study growth orientation and origin of nanostructures observed by scanning tunnelling microscopy (STM) on the (100) surface of In₄Se₃ after indium deposition. The shape of these nanostructures strictly depends on the overstoichiometric indium concentration level in the melt during the crystal growth varying from 3D islands for low concentration to elongated shapes, i.e., nanowires, in the case of highly-indium-doped crystals. High-resolution STM study determines the self-assembled quasi-periodical nanowires’ growth along c-axis of (100)In₄Se₃ substrate. The spatially resolved scanning tunnelling spectroscopy (STS) study revealed metallic nature of the surface of nanostructures grown on the semiconductor substrate. The growth mechanism of indium-deposited nanostructures is considered to be powered by anisotropic striated lattice structure of In₄Se₃ (100) surface with indium nucleiin concentration depending on the degree of overstoichiometric crystal-growth indium subsequently intercalated into the interlayer gap.Самоорганизованные индиевые наноструктуры получены на сверхвысоковакуумной поверхности скалывания (100) полупроводникового слоистого кристалла In₄Se₃. Небольшие скорости и длительности напыления индия использовались с целью исследования ростовой ориентации и природы наноструктур на поверхности (100)In₄Se₃, которые изучались с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Форма этих наноструктур непосредственно зависит от концентрации сверхстехиометрического индия в расплаве во время роста кристалла, изменяясь от трёхмерных островков при низкой концентрации до линейных форм, т.е. нанопроводов, в случае сильно легированных индием кристаллов. СТМ з высоким разрешением позволяет установить, что квазипериодические нанопровода растут вдоль оси c кристалла In₄Se₃ на поверхности (100). С помощью сканирующей туннельной спектроскопии с пространственным разрешением установлена металлическая природа поверхностных наноструктур на полупроводниковой подкладке. Установлено, что механизм роста напылённых наноструктур обусловлен бороздчатой структурой решётки на поверхности (100) кристалла In₄Se₃ с наличием в ней зародышей индия в концентрации, зависящей от количества сверхстехиометрического ростового индия, который интеркалируется в межслоевую щель.Самоорганізовані індійові наноструктури одержано на надвисоковакуумній поверхні сколювання (100) напівпровідникового шаруватого кристалу In₄Se₃. Невеликі швидкості та тривалості напорошення індію вибиралися з метою дослідження ростової орієнтації та природи наноструктур на поверхні (100)In₄Se₃, які вивчали за допомогою сканувальної тунельної мікроскопії (СТМ). Форма цих наноструктур безпосередньо залежить від концентрації надстехіометричного індію в розтопі під час вирощування кристалу, змінюючись від тривимірних острівців за низької концентрації до лінійних форм, тобто нанодротів, у випадку сильно леґованих індієм кристалів. СТМ з високим розріжненням уможливлює встановити, що квазиперіодичні нанодроти ростуть вздовж осі c кристалу In₄Se₃ на поверхні (100). За допомогою сканувальної тунельної спектроскопії з просторовим розріжненням встановлено металічну природу поверхневих наноструктур на напівпровідниковій підкладинці. Встановлено, що механізм росту напорошених наноструктур зумовлений борознистою структурою ґратниці на поверхні (100) кристалу In₄Se₃ з наявністю у ній зародків індію у концентрації, яка залежить від кількости надстехіометричного ростового індію, що інтеркалюється у міжшарову щілину

The bulk band structure and inner potential of layered In\u3csub\u3e4\u3c/sub\u3eSe\u3csub\u3e3\u3c/sub\u3e

The layered In4Se3 system does have a bulk band structure (i.e. discernible and significant band dispersion) perpendicular to the cleavage plane. Band widths (the extent of dispersion) of 300 meV or more are observed, for In-p and Se-p weighted bands within the valence region, and is indicative of a bulk band structure. Two-dimensionality of state is clearly not conserved, and there must exist interactions between layers sufficient to support a bulk band structure

Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy and Low-Energy Electron Diffraction Investigations of GaTe Layered Crystal Cleavage Surface

Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy (STM/STS) and low-energy electron diffraction (LEED) techniques are used in combination to study the surface structure of GaTe cleavages. Two different structures, hexagonal one on macroscale and monoclinic one randomly distributed on nanoscale, are identified on the crystal cleavage surface. The hexagonal unit cell parameters, a=b≡4.08Å, c≡16Å, determined by STM are in a good agreement with the bulk ones and, besides, with planar parameters a, b obtained using LEED. The monoclinic unit cell parameters, a≡24Å, b≡4Å, c≡10Å, are consistent with ones of the known monoclinic modifications. LEED and STS data indicate that the GaTe surface is not flat, but is characterized by a well-developed staircase structure formed by cleavage. As concluded, the possibility of partial on nanoscale reconstruction of base hexagonal structure to the monoclinic one is directly related to the number of surface defects such as loosely arranged steps of one single Te—Ga—Ga—Te packet height.За допомогою комплексу метод сканівної тунельної мікроскопії та спектроскопії (СТМ/СТС) і дифракції повільних електронів (ДПЕ) досліджено структуру поверхонь сколювання кристалів GaTe. Встановлено існування двох різних структур на поверхні сколювання кристалу: гексагональної в макромасштабі і моноклінної, яка є випадковим чином розподіленою на поверхні в наномасштабі. Параметри гексагональної ґратниці a=b≡4,08Å, c≡16Å, яких одержано за допомогою СТМ, добре узгоджуються з даними для об’єму кристалу, а також із параметрами a, b для поверхні кристалу, одержаними з використанням ДПЕ. Параметри моноклінної ґратниці a≡24Å, b≡4Å, c≡10Å є такими ж, як і для однієї з відомих моноклінних структурних модифікацій. Відповідно до результатів, одержаних за допомогою ДПЕ і СТС, встановлено, що поверхня GaTe не є пласкою і характеризується наявністю добре розвиненої східчастої структури, яка утворюється внаслідок сколювання кристалу. Зроблено висновок про те, що можливість локальної в наномасштабі реконструкції базової гексагональної структури в моноклінну пов’язана з кількістю поверхневих дефектів, таких, як довільно розміщені сходинки з висотою, що дорівнює товщині одного пакета Te—Ga—Ga—Te.С помощью комплекса методов сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (СТМ/СТС), а также дифракции медленных электронов (ДМЭ) исследована структура поверхностей скалывания кристаллов GaTe. Установлено существование двух различных структур на поверхности скалывания кристалла: гексагональной в макромасштабе и моноклинной, которая случайным образом распределена по поверхности в наномасштабе. Параметры гексагональной решётки a=b≡4,08Å, c≡16Å, полученные с помощью СТМ, хорошо согласуются с данными для объёма кристалла, а также с параметрами a, b для поверхности кристалла, полученными с использованием ДМЭ. Параметры моноклинной решётки a≡24Å, b≡4Å, c≡10Å – такие же, как и в одной из известных моноклинных структурных модификаций. Согласно результатам, полученным с помощью ДМЭ и СТС, установлено, что поверхность GaTe не является плоской и характеризуется наличием хорошо развитой ступенчатой структуры, которая образуется в результате скалывания кристалла. Сделано заключение о том, что возможность локальной в наномасштабе реконструкции базовой гексагональной структуры в моноклинную связана с количеством поверхностных дефектов, таких, как случайно расположенные ступеньки с высотой, которая равняется толщине одного пакета Te—Ga—Ga—Te

Исследование гетеронаносистем металл–полупроводник NixInSe (0001)

Scanning tunnelling microscopy/spectroscopy (STM/STS) data show that InSe layered crystal intercalated with nickel is a heteronanosystem—InSe layer-packet that alternates with nickel at fine dispersed phase in the interlayer gap. For analysis of the degree of metallicity of cleavage surfaces, an array of STS data obtained in the current imaging tunnelling spectroscopy (CITS) mode is used. By significantly different behaviour of current–voltage curves for metal and semiconductor at localized points of surface analysis on the cleavage within the bias voltages that correspond to the band gap of the semiconductor, the method for the calculation of the relative metal concentration on the cleavage surface is proposed. The constraints for this method of the relative concentration estimates are analysed. As determined, the value of the nickel relative concentration in the interlayer gap for the NixInSe systems can be up to 2%, taking into account features of obtaining of the cleavage surfaces in the layered crystals. To establish the structural characteristics of the nickel, the STM analysis with high spatial resolution is used followed by the 2D FFT filtration and height profiling of image data. The analysis of corresponding revealed periodicities allows revealing formation of the two-dimensional square lattice of nickel on certain nanoscale areas of surface.С помощью методов сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (СТМ/СТС) установлено, что слоистый кристалл InSe, интеркалированный никелем, является гетеронаносистемой — слой-пакетом InSe, который чередуется с никелем, находящимся в мелкодисперсной фазе в междуслоевой щели. С целью анализа степени «металличности» поверхности скалывания использован массив данных СТС, полученных в режиме CITS (current imaging tunnelling spectroscopy). По существенно различному поведению вольт-амперных кривых для металла и полупроводника в локальных точках анализа на поверхности скалывания, полученных в диапазоне напряжений смещения, которые соответствуют запрещённой зоне полупроводника, предложен метод расчёта относительных концентраций металла на поверхности скалывания. Проанализированы ограничения такого метода оценки относительных концентраций. Установлено, что величина относительной концентрации никеля в междуслоевой щели для систем NixInSe может достигать около 2%, учитывая особенности получения поверхностей скалывания для слоистого кристалла. С целью установления структурных характеристик никеля использован СТМ-анализ с высоким пространственным разрешением с последующей 2D-FFT-фильтрацией и высотным профилированием полученных изображений. Анализ соответствующих периодичностей позволил установить формирование двухмерной квадратной решётки в отдельных наномасштабных областях поверхности.За допомогою метод сканувальної тунельної мікроскопії та спектроскопії (СТМ/СТС) встановлено, що шаруватий кристал InSe, інтеркальований ніклем, представляє собою гетеронаносистему — шар-пакет InSe, який чергується з ніклем, що знаходиться у дрібнодисперсній фазі у міжшаровій щілині. Для аналізи ступеня «металічности» поверхні сколення використано масив даних СТС, одержаних у режимі CITS (current imaging tunnelling spectroscopy). За істотно різною поведінкою вольт-амперних кривих для металу та напівпровідника в локальних точках аналізи на поверхні відколу, одержаних у діяпазоні напруг зміщення, які відповідають забороненій зоні напівпровідника, запропоновано методу обрахунку відносних концентрацій металу на поверхні сколення. Проаналізовано обмеження такої методи оцінювання відносних концентрацій. Встановлено, що величина відносної концентрації ніклю у міжшаровій щілині для систем NixInSe може досягати близько 2%, враховуючи особливості одержання поверхонь сколення для шаруватого кристалу. Для встановлення структурних характеристик ніклю використано СТМ-аналізу з високою просторовою роздільчою здатністю з наступною 2D-FFT-фільтрацією і висотним профілюванням одержаних зображень. Аналіза відповідних періодичностей уможливила виявити формування двовимірної квадратної ґратниці ніклю на окремих наномасштабних ділянках поверхні

Indium induced nanostructures on In₄Se₃(100) surface studied by scanning tunneling microscopy

Indium deposition leads to changes in the scanning tunneling microscopy (STM)-revealed (100) surface morphology of In₄Se₃ layered semiconductor with the formation of nanostructures, which are characterized by different dimensionality dependent on different crystal growth conditions. Preferable formation of nanodots in low and quasi one dimensional (1D) structures for the high bulk-conductivity crystals has been observed. The STM and scanning tunneling spectroscopy data enable us to consider that the dimensionality, shape and direction of the obtained indium deposition structures are induced by indium clusters available on the original, on-the-lattice-scale furrowed, ultra high vacuum (UHV) (100) cleavages of In₄Se₃ crystal due to the self-intercalation phenomenon

\u3ci\u3eAb initio\u3c/i\u3e calculations and ellipsometry measurements of the optical properties of the layered semiconductor In\u3csub\u3e4\u3c/sub\u3eSe\u3csub\u3e3\u3c/sub\u3e

In this work, we present a thorough study of the optical properties of the layered orthorhombic compound In4Se3. The dielectric function—real and imaginary parts, the complex refraction index, the reflectivity, the absorption coefficient, and the conductivity of In4Se3 were calculated with the inclusion of the spin-orbit interaction, using an ab initio FP-LAPW method based on DFT. Also, generalized ellipsometry was employed for more precise measurement of the anisotropic dielectric functions for polarization along crystal a, b, and c axes of orthorhombic absorbing In4Se3 single crystals cut approximately parallel to (100) at photon energies from 0.76 to 3.1 eV. Our experimental results show a good agreement with our calculations. We discuss the location and nature of the main optical peaks appearing in the spectra. The obtained optical functions display a rather anisotropic behavior, mainly in the infrared-visible region. Our results seem to be predictive to a high extension, given the scarce experimental information about its optical properties