Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 34
Текст из файла (страница 34)
На рис.5.20 приведены туннсльные спектры. полученные в пяти точках, находящихся на различном расстоянии от точечного дефекта на поверхности %(001). Вдали от дефекта (спектры г), е) ' " Р.З. Бах пппи д Соросовский образовательный журнал, 6 (2ООО) с.83. ~~~ К.з. )!ависта вз'Ливис йст. Рйуя. Сйсвп.
40 (! 9Х9) р.53$. 214 Рнс.5.20. Тонографичсскос СТМ-изобрахчсннс повсрхиосзи %«00!) с гочс шынн лсфск и!ни «а) и зунисльныс вольт-амосриыс характсристики. иоказьщагоигнс различия локальной злск!ронной структуры повсрхиос!н «иовсрхиосзныс состояния в запрещенной зоис) в то !ках на различноы )хгсстоянин оз зочс~!ЙОГО лсфскта «6-в) -с5 а5 -О,5 05 -05 с.5 -05 а5 -0,5 6.5 и ярк Для исследования локализованных электронных состояний методом СТС обычно используют диффсрснциальныс туннсльныс вольт-ампсрныс характсристики. качсствсшю отражающие структуру плотности электронных состояний исследуемого объекта. Локализованныс энсргстичсские уровни проявляются в диффсрснциальных туннсльных спсктрах в виде отдсльных дискретных пиков. Так.
мстодом СТС набл)одалнсь локализованныс элсктронныс состояния на повсрхносп!ых дсфсктах графита„сформированных травлснием поверхности ионами водорода И! '" Х, К1аяс)! с! а1. д Арр1. ззггГ Бс!. 161 «2000) р.508. 215 волы-ах!псрныс характсристики имскгг характсрный для полупроводника вид с областью нулевого тока вблизи 1'=О, отвсчающсй запрсщсшюй зоне. и рсзким возрастанисм туннслыюго тока внс данной области. 11о мсрс приближения к дсфекту вольт-аьшсрные кривыс «6.
г) сглаживаются, а непосрсдствснио в области точечного дсфскта «кривая в) наблзодастся экспонснниалы!ый рост тушгсльного тока выше и ниже нулевого напряжения, отвечающсго положснию уровня Ферми. Это свидетельствует о высокой плотности злектрглшых состояний в области данного точе шого дефскта а!!. О СЗ -5 о а .6.6 -О.4 с с ад с.а Е- Е„эВ кв Рпс. Е.21. СТМ-изображснпс учао гка повсрхносги графита (0001) размсром 230х280 пм с поасрхпостнымн дсфсктамп в вилс круглых ямок„образовавшимися иослс травлспия ионамп водорода (а): схсматичсскос изображение отрукгуры дсфскга иа повсрхносги графи га (б) '; расчстпыс плотности злслгроингах состояний атомио-гладкой (ввсрху "') и ступспчатой (внизу " ) повсрхпостп графита с локалнчованиым состоянием на уровнс Ферми (к); лкснсримснтальныс диффсрсипиаяьпыс тупнсльш ~с волы-алшсрныс харакгсрисгики иовсрхиосги графита с круговыми лсфскз ами, измсрснныс на различном расстогиши от края лсфскта; 2 пм (кривая т), !.5 нм (кривая 2)„!.О нм (кривая 3), 0.5 им «кривая 4) и нспосрсдствснно иа краю лс4)скза (кривая 5) (.).
Максимум вблизи зпсргии 0.2 зВ вьпис уровня Фсрмн можно обьяснить пока:шзовапнымн состояниями на краю лсфскга иа повсрхности графита (и На рис.5.21 схематически показана структура дефекта и СТМ- изображение дефекта повсрхностн графита, а также полученные экспериментально дифференциальные туннельныс вольт-ампсрные характеристики, измеренные на различных расстояниях от края дефекта. Видно. что по мсрс приближения зонда микроскопа к краю дефекта (крнвыс 1-5 на рис.5.21, .*) в дифференциалы!ых ВАХ при напряжении -0.2 В возникает пик, который можно интерпрстировать как появление локализованных на краю дефекта электронных состояний с энергией 0.2:эВ выше уровня Ферми графита.
Этот вы- яви!!. Ии, Г. 11аас1Ъсгй, К. Вап!сгд Р)зуяйскВ 72 (2005) 08544! 21б вод качсствснно подтверждается тсорсзичсскими расчстами плотности элсктронных состояний! ступснчатой дсфсктной повсрхности графита, которыс свидстсльствукуг о появлении локализованных электронных состояний вблизи энергии Ферми (см. рпс.5.21, гт) 'с').К одним из наиболсс интсрссных наноразмсрных объектов, пшроко псслсдусмых в послед!шс !.оды, относятся нгпюкластсры металлов на поверхности подложки.
Внимание к таким объсктав! обусловлено их уникальш.!ми свойствами, отли антщими нгшокластсры как от макроскопического хтсгалла, так и от отдельных атомов. Метод СТМгСТС позволяст проводить исслсдованис атомной структуры и в!Орфоло1 ии Отдслыпь!х !ганоклв!стсрОв„характс)эизОВат!» Структуру ансамбля нанокластеров (распрсдсленис кластеров по размерам и расстояниям), исслсдовать элсктронные характеристики нанокластсров и их эволюцию с изменением размера кластеров, включая псрсход кластсров мсталла в нсмсталличсскос состояние. Рис.5.22. Топо! рафичсскис СТМ-итооэракчсиия (7' 7 пм) с атомным разреьпсппсм иапокластсра Ап, сформироваппого иа поверхности !рафита ВГ)ПГ(0001) метолом импуяьспого лазерного оеажлсппя (а) и иапокласп:ров Рд.
термически осажлсппык па повсряпосгь яиокспаа тптаив ТК) (110) (гз) '"' (!а рис. 5.22, и показано получсгнюс с атомным раз)эсшснисм СТМ-изображснис нанокластсра Аи, сформированного на поверхности высокоориснтировашюго пиролитичсского графита методом ь!! импульснОго лазс1)но!.О Осаждсния, Видна Гсксагоналыгая крнсталлическая решетка повсрхности ВОПГ (0001) с расстоянием " ~ К.
Кооауая)!1 У Рауте Кот. В 48 (1993) р.1757. 'и' ВД. Ворыап„А.В. Зенкевич, В.11. Неволин. М.А. Пушкии, В.11. Тропин, В.И. Троян Л ЖЭТФ 130 (2006) с.934. 217 между атомами углерода 2.45 А и одиночный нанокластер Ац размером -1.5 нм с нерегулярной границей, характерной для кластеров, сформированных в условиях сверхоыстрою осаждсгн!я . На ви рис.5.22, а приведено СТМ-изображение поверхности ТЮ (1!О) с аи нанокластсрами Рс1, полученнь!ми термическим осаждением Диагональнь!е дорожки вдоль направления 10011 с расстоянием между ними 6.49 А през(ставляют собой атомы кислорода поверхности ТЮ (1! 0).
Нанокластсры Рд состоят из двух и четырех атомов Р(1, выстроенных вдоль направления (001]. Количество осажденного палладня составляет 0.02 монослоя. На рис.5.23 показано СТМ-изображение и трехмерный вил нанокластера Стс, выращенною на поверхности %(100) при температуре Т=775 К. При высоте кластера 2.8 нм он представляет собой пирамиду, на гранях которой хорошо заметна крисгалличсская структура кластера "'.
Рис.б.23. Тоиографичсскос СТМ-изображсиис иаиокласксра бс иа иовсрхиос1и б!(100) (а) и иостросииос иа с~о основе трсхмсриос ичобравксиис ктастсра (б). Ратмср иаобратксиия 40в40 им, высота кяастсра 2.Х им. 1!а вилс свсрху (а) различима кристачличсская сгрук1у~)а !раис)! ЯаиОкчвс!сра и рядГИ иимсрОВ иявиа)ТИОГО слОя Гбс ВокруГ иаиОкластсра ь! Метод СТМ позволяет также исследовать структуру целого ансамбля нанокластеров на поверхности подложки.
Так, в работах""' 671 оыло показа(ю, что грашгца шероховатых нанокластсров, сформированных методом импульсного лазерного осаждения в сильнонсравновссшах условиях (сы. рис.5.22, а), может быль описана в ' ' С.ХИ, ХЛ а(, 6.'1~Я'.Ха)ас„П ФЛ)ооди1ш1 Ч Рбуя.йст.В 56 (1997) р.!3464. и~ М.г~~АС- 631гааие д Пи и КО1й! Р(!гав 346 (1999) р. 1-68.
" ВД. Бормаи, АЛ3. Зсиксвич. В).Л. Пушкин. ВЛ1. Троиии. В.И. Трови Ч Письма в Ж )3 Ф 73 (2001) с.ба4. гв тс1«ми«гах ф1заь-«««з«ь««о«1 гсомст1зи««. Зависимость прощал~,з ос««ования нанокластсров А««на поверхности ВОПГ10001) от их периметра р, построенная в двойпол«логарифмичсском масштабе (см. рис.5.24) позволяет определить фрактальную размерность перимст- ' и ра напокластсров Ву. =1.26 из соотношения 5 — р ' '' для кластеров среднего размера 1.9 нм. 1",~ 1«уху 1 1.0 »»я» ~ ф~ »~-ф-~~ +»»»+ »»»» 1.1 1вр 1«ух«1 Ру«с.
5.24. Эксуусруухусуууаууьууая зависимость илогнади Л' нанокласгсров Ли, сформированных имиуяьсиьум лазсрууьуху осаждением на ууовсрхууосу и ВОПГ(ООО1). от исримстра их основания р в двойном лоузу«уууФкуи1«соком хуасиутаос лзуя ансамбля кластеров со средним размером 1.9 нм. 1«аклон кривой ласт зу«ачсинс у«уруукугсуьууоуу размерности гра«у у у у гы нлиоклас герон гз Отметим, что с увеличением размера кластеров до 5 нм фрактальная размерность пх границы уменьшается до единицы, т.е. кластеры становятся более гладкими, что качестве«пю отличает их от фрактальных кластеров, образующихся в условиях ограниченной диффузией агрегации. Физический механизм формирования ансамбля ««««««оку«««с«еров в силы«оне1завновссных у~ло~~~х им««ульсного лазерного осаждения был предложен в работе "'.
При импульсном лазерном осаждении достигаемые плотности алатомов близки к перколяционному порогу, система находится в обласп« термодинамически неустойчивых состояний и в пространственно неоднородном адсорбате формируются области м«киочастичных корреляций, в которых частицы не находятся в минимуме энер«ии взаимодействия. Кластсрь« на поверхности образуются в результате дискретных прыжков атомов в многочастичной корреляции к аттрактору динамической системы, описывающей движение атома в самосогласовашкзм палс всех остальных атомов многчастичпой корреляции. Предложеннь«й л«еханизм позволил вычислить фрак- 7 ! в ав як гсо зя а.о са Рис. 525. Расг!рслслсния по размсрам гг' панокяас горов Аи.
сформирован!пах импульсным лазсрн!ам осаждсн!!см на повсрхиосгн ВО1П (0001). Сроднил размер кяасгсров <г( >ж 2.3 нм " ' Для исследования злектронной структуры нанокластеров металлов на поверхности подложки широко используется метод СТС. Данным методом наблюдались локализованные элекгронные состояния в шероховатых нанокластсрах Асп сформированных методом импульсного лазерного осаждения ца поверхности ви ВА. Борман, А.В. Зснксвип„С.Ч. лан', В.11. Повали!!„М.А. Пушкин, ВЛ1. Тро- пин. В.И.
Троян. 3. С)!сз а1 1в:г д Письма в ЖЭТФ 72 (2000) с.216. в" В г(. дорман, А.В. Зснксвич, В.(1. Нсволин. М.А. Пушкин. В.)1. Тро!шн, В.И. Троян Д ЖЗТФ 130 (2006) с.984. г20 тальную размерность кластеров„формирующихся на поверхностях с различной симметрией, ес зависимость от размера кластеров, а также функции распределения кластеров по размерам. Анализ СТМ-изображений ансамбля нанокластеров на поверхности подложки позволяет получать функции распределения кластеров по размерам и расстояниям до ближайших соседей.
В качестве примера на рис.5.25 показано распределение по размерам нанокластсров Аи иа поверхности ВОПГ, получещгых импульсным лазерным осаждением за Лг=! импульс осаждения при количестве осажденного всщсства 1.1х10'~ см . Из анализа распрсделснии на нокластсров были получены значения среднего размера кластеров и среднего расстояния между кластерами, их зависимости от количества осаждсщюго вещества, а также установлено возникновение самоупОЕзядочсния В снстсмс наноклас'гсров, сфоркнгров(нн!Ых 1га поверхности прн большом числе импульсов осаждения "" "". ВОПГ(000!) '.
На рис.5.26 приведено СТМ-изображснис и профиль высоты сформированного импульсным лазсрным осаждснпсаю пацокластсра Аи размером -3 пм на повсрхности ВОПГ(0001). Видно, что псримстр и профиль нанокластсра нс явзюяются гладкимп. Диффсрснциальныс туппсльныс Вольт-ампсрпыс характсрпстики, измсрснныс в разных точках нсодпородпого по высотс папокластсра Ац с латсральным размером -3 нм и различной локальной высотой (0.3 пм (кривая 1) и 0.9 пм (кривая 2), а также па кластсрс Ап с размсром -1 нм (кривая 3) представлсны на рис.5.26 в. Рююс.5.26. СТМ-изображеиие (7х7 им) ьпсроховатых иаиокластеров Ли иа поверхиосги ВОГН (а). профиль высо1ы исолиоролиого иаиокластсра. покаааииоюо в правой всрхисй частюю СТМ изображсиия (б) и лююффсрсююююююшюьююьюс 1уиисльиые вольт-ампсриые характеристики, иамереииыс в разиых точках исолиоролиого по высоте ююююююокююююсте)ию Ли с лагеральиым рачхюером -3 им и локалыюоюю высотой Ь вЂ” -О.З им (крюювая !) и (ю=0.9 «юм (крюювая 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
