Studium pohyblivosti atomů kovů na povrchu křemíku pomocí STM

Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
Stav práce: volná

Anotace:

Jednoduché jednorozměrné kovové nanostruktury na orientovaných površích křemíku představují výchozí prvky pro řadu morfologicky složitějších objektů. Pro jejich růst pomocí vakuového napařování je jedním z určujících parametrů schopnost povrchové difúze nanášených atomů. Skenovací tunelová mikroskopie (STM) umožňuje experimentálně zkoumat povrchovou mobilitu adatomů kovů s atomárním rozlišením. Sledování difúzních drah jednotlivých adatomů poskytuje informace o preferovaných adsorpčních pozicích, vlivu povrchových defektů a dalších přítomných adatomů. Vzhledem k omezené rychlosti zobrazování povrchu v STM se v případě rychlých přeskoků pro určení doby pobytu adatomu v adsorpční pozici využívá techniky tzv. „time spectroscopy“, při které registrujeme přítomnost adatomu „pod hrotem“ mikroskopu prostřednictvím změny tunelového proudu. Tato technika je jednoduše použitelná v případě, že adatom se opakovaně pohybuje v nějaké uzavřené oblasti (např. půlcela povrchové rekonstrukce Si(111)-7×7). Statistické zpracování dvoustavových fluktuací tunelového proudu umožňuje určit střední dobu pobytu v adsorpční pozici, která je tepelně aktivovaná. Měření při různých teplotách umožní určit aktivační energii přeskoků – potenciálové bariéry – mezi adsorpčními pozicemi.

Úkoly práce:
1. Seznámení s technikou STM a přípravou vhodného povrchu Si pro experiment.
2. Získání základních poznatků o vztahu fluktuací tunelového proudu a doby pobytu adatomu v adsorpční pozici.
3. Seznámení se základy analýzy časových řad.
4. Depozice malého množství atomů kovu (Sn, In), aby bylo možné na povrchu pozorovat jednotlivé atomy.
5. Naměření dostatečného počtu záznamů tunelového proudu pro vybrané adsorpční pozice a jejich statistické zpracování.

Měření bude provedeno na ultravakuovém STM zařízení, které umožňuje přípravu vzorků vakuovým napařováním kovů a jejich měření při různých teplotách. Součástí ovládací elektroniky STM je záznam a spektrální analýza časových řad proudových fluktuací.

Zobrazení povrchu Si(111)7×7 s nanesenými atomy Sn. Rozmazané „obláčky“ jsou zobrazením objektu, který je v oblasti půlcely povrchové rekonstrukce obsahující 6 atomů Si (vymezené trojicí „černých teček“ – tzv, corner holes) při pokojové teplotě pohyblivý (náhodně přeskakuje mezi adsorpčními pozicemi). Charakter zobrazení umožňuje rozlišit dva typy pohyblivých objektů: jediný atom Sn s rozsahem pohybu po celé půlcele a dvojice atomů (dimer) lokalizovaný v menší oblasti. Další světlé objekty obsahují větší počet atomů, resp. se jedná o jiný adsorbát. Napětí na hrotu -1.5 V, tunelový proud 300 pA, velikost zobrazení 8×8 nm2.

Část interiéru ultravakuové experimentální komory s STM hlavou, kryopanelem a držáky pro přípravu vzorků a čištění hrotů.

Literatura:
Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
Další literatura a články podle doporučení vedoucího práce.