Česky   English


Univerzita Karlova,
Matematicko-fyzikální fakulta, Katedra elektroniky a vakuové techniky
 

Skupina tenkých vrstev

  • Vědecká práce ve skupině, výzkumné projekty
  • Naši studenti
  • Technika rastrovací tunelové mikroskopie
  • Experimentální metody a zařízení laboratoří
 


Galerie STM in-vivo

Adsorpce a pohyblivost atomů Ag na povrchu Si(111)7x7 (AVI, 1,9 MB)

  Povrch monokrystalu křemíku - roviny (111) s rekonstrukcí 7x7 je tvořen velkými (2,7 nm) trojúhelníkovými půlcelami dvou různých typů, obsahujícími 6 atomů Si. Sousedící půlcely jsou různé - atomy Ag se v půlcelách jednoho typu zdržují déle. Atomy Ag jsou vázány v různých pozicích na povrchu Si, při pokojové a vyšších teplotách se mezi adsorpčními pozicemi v jedné půlcele mohou velmi rychle přemisťovat. Pro překonání bariéry mezi půlcelami je potřeba větší energie a přeskoky mezi půlcelami jsou méně časté. Energii potřebnou pro přeskoky mezi adsorpčními pozicemi poskytují atomům Ag tepelné kmity křemíkových atomů podložky. Výsledný náhodný pohyb stříbrných atomů po povrchu je možno považovat za "brownovský". Vzhledem k malé rychlosti snímajícího hrotu STM vůči pohybu atomu Ag zachyceného v půlcele se jeho přítomnost projeví zesvětlením půlcely - jsou zvýrazněny zejména 3 rohové atomy Si. Sekvence obrázků STM zobrazuje přeskoky atomů Ag při teplotě povrchu Si 310 K, časový odstup mezi snímky sekvence je 1 min, celková doba záznamu 170 min. Na záznamu je vidět vznik a rozpad dimeru (dvojice atomů Ag v půlcele). Analýza sekvencí nasnímaných při různých teplotách umožňuje stanovit mikroskopické parametry přeskoků mezi půlcelami.


Počátečních fáze heteroepitaxního růstu Ag na Si(111)7x7 (WMV, 2,4 MB)

  Sekvence obrázků z STM získaná během depozice stříbra na povrch křemíku při pokojové teplotě. Tento typ experimentu klade velké nároky na ostrost hrotu STM, aby byl jeho stínící efekt během napařování "pod hrot" na zobrazované části povrchu co nejmenší. Snímky ukazují, že jednotlivé atomy Ag setrvají v trojůhelníkových půlcelách, kam dopadly, až do chvíle, kdy se v sousední půlcele neobjeví dimer či klastr obsahující více než 2 atomy Ag. Přítomnost takového útvaru značně ovlivní pohyblivost jednotlivých atomů Ag na povrchu a režim růstu vrstvy se dramaticky změní. Sekvence oblasti 36 nm x 36 nm snímaná rychlostí 1 záběr za minutu ukazuje růst vrstvy během cca 120 minut při napařovací rychlosti 3x10-5 monovrstvy za sec.


Heteroepitaxní růst Ag na povrchu Si(100)2x1
(AVI, 12,2 MB)

  Povrch monokrystalu křemíku - rovin (100) s rekonstrukcí 2x1 je tvořen řadami křemíkových dimerů, které se zobrazují jako světlé proužky. Povrchové části na sebe "naskládaných" rovin - atomární terasy - se vyznačují střídáním orientace dimerových řad. Tato orientace je vůči sousedícím terasám kolmá. Orientace povrchu ovlivňuje tvar dvourozměrných ostrůvků Ag, tvořených jinak uspořádanými dimerovými řádky, které rostou kolmo na řádky dimerů Si. Sekvence snímků oblasti 80 nm x 80 nm získaná během depozice při pokojové teplotě ukazuje velkou povrchovou pohyblivost jednotlivých volných atomů Ag (za daných podmínek je nelze v STM zaznamenat) i samotných ostrůvků. Snímáno rychlostí 110 s/snímek. Dimerové řádky povrchové rekonstrukce tvoří přirozený rastr s periodou cca 0,8 nm.


Růst atomárních řetízků při depozici In na povrch Si(100)2x1 (avi, 4,21 MB)

  Záznam depozice india na povrch křemíku při pokojové teplotě. Jednotlivé atomy po dopadu na povrch jsou při pokojové teplotě velmi pohyblivé a nemohou být zaznamenány pomalým STM. Vidět je až dimer - nepohyblivý objekt vznikající po setkání dvou atomů In. Indiové dimery jsou rovnoběžné s dimery Si (tj. kolmé na dimerové řádky povrchové rekonstrukce) a leží mezi křemíkovými dimerovými řádky. Další indiové atomy se navazují k povrchu za volnými konci dimeru nebo se spojí s již navázaným atomem a vytvoří další dimer. Výsledkem je růst přímých řetízků india jehož články jsou dimery. Trojmocné atomy india v dimeru jsou zbylými dvěma vazbami spojeny s atomy dvou sousedících dimerů Si na každé straně. V případě, že na konci řetízku je pouze osamocený atom In, jeho nenasycený vazební orbital vyčnívá do prostoru nad povrchem a na záznamu se zobrazuje jako světlý "praporek" na konci řetízku. Je to artefakt zobrazení -- důsledek nedostatečné odezvy řídící smyčky STM při rychlém skenování na prudkou změnu v rozložení hustoty elektrického náboje v prostoru nad povrchem (směr skenování z prava do leva). "Praporky" indikují zakončení řetízků jediným atomem In. STM zobrazení v plných stavech, Us=-2V, It=0.3 nA, doba depozice cca 60 minut.

Přeskoky atomů india mezi adsorpčními pozicemi na povrchu Si(100) (avi, 10,6 MB)

  Zobrazení jediného adatomu india na povrchu křemíku při nízké teplotě.


Indiové atomy mohou na povrchu spontánně přeskakovat mezi adsorpčními pozicemi. Pohyb je tepelně aktivovaný a s klesající teplotou se zmenšuje četnost - zejména mezi místy oddělenými vyšší energetickou bariérou. Při teplotě 78 K se atom In se zobrazuje jako světlý "obláček"protože během snímání povrchu nezůstává v jediné adsorpční pozici. Cirkuluje mezi čtveřicí velmi blízkých lokálních minim potenciální energie vazby k povrchu, které oddělují bariéry cca 0,2 eV. Kromě tepelné aktivace může energii pro přeskoky snadno získat od tunelujících elektronů. Rychle se pohybující atom india je na snímku "pomalého" STM mnohonásobně zaznamenán v celé oblasti výskytu - na snímku se vytvoří "obláček".


  Přeskoky na větší vzdálenost - do oblasti nejbližší čtveřice adsorpčních minim - vyžadují větší energii, jsou méně časté a při teplotě 78K jsou zaznamenatelné na snímcích STM jako přeskoky "obláčků". Je vidět, že k přeskokům dochází především ve směru dimerových řádků. O podílu tunelujících elektronů na aktivaci přeskoků svědčí skutečnost, že zatímco při proudu 25 pA jsou přeskoky relativně málo časté (prvních 30 snímků záznamu) zvýšení proudu na 100 pA pohyb indiových atomů urychlí natolik, že jsou mikroskopem zaznamenány již v pohybu a "rozmazaně" - zobrazí se jako jedna nebo více světlých čárek. Na záznamu je patrný teplotní drift během měření. Doba pro záznam jednoho snímku je cca 60s, velikost snímku 25 nm x 25 nm, zobrazení v plných stavech (Us=-1,8 V).