Frustration and (111) silicon surface

Abstract
Careful analysis of the currently available experimental data on (111) surface of silicon leads us to believe that a positive correlation energy and positive dispersion are responsible for a split surface band of dangling electrons. The resultant ground-state is paramagnetic and insulating but cannot order antiferromagnetically because of the pathological frustration of the triangular lattice. Instead a ground-state results of two correlated zig-zag Heisenberg chains of S = 1/2 electrons for the unconstructed (1×1) surface. Surface reconstruction lifts the degeneracy between the two chains, stabilizes the well-known (2×1) surface and gives it a pronounced one-dimensional character.

Résumé
Nous montrons que toutes les données expérimentales actuelles sur la surface (111) de Si sont consistantes avec une bande d'énergie des liaisons pendantes ayant une dispersion positive et un dédoublement à cause de l'énergie de corrélation. L'état isolant qui résulte est un état paramagnétique à cause de la frustration pathologique du réseau triangulaire. En l'absence d'ordre antiferromagnétique, l'état fondamental est deux chaînes « zig-zag » de Heisenberg pour la surface (1×1) non reconstruite. La reconstruction en enlevant la dégénérescence entre les deux chaines stabilise la surface (2×1), et lui donne un caractère profondément unidimensionnel.