Interakce povrchů perovskitů s kapalnou vodou

Student: Richterová Adéla
Vedoucí: Doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.
Stav práce: zadaná

Anotace:
Struktura povrchů perovskitů je předmětem mnoha diskusí. K přípravě povrchů s dobře definovanou atomární strukturou se používá například zahřívání ve vakuu kombinované s iontovým bombardem [1,2], štípání ve vakuu [3,4], nebo kontrolované leptání v roztoku [5,6]. Právě poslední zmíněná metoda je předmětem mnoha kontroverzí. Na základě difrakčních metod se často předpokládá, že si povrchy perovskitů v roztoku zachovávají objemové zakončení (1×1). Na druhou stranu, některé práce tento závěr zpochybňují [6]. Cílem bakalářské práce je připravit dobře definovaný povrch vhodného perovskitu štípáním v ultravysokém vakuu (UHV), vhodné materiály mohou být například KTaO3 nebo BaTiO3. Tento povrch bude následně vystaven kapalné vodě v ochranné argonové atmosféře a přenesen zpět do prostředí UHV, kde je cílem zjistit vlastnosti a strukturu výsledného povrchu. V případě BaTiO3 je dalším parametrem feroelektrická polarizace [7]: Materiál spontánně vytváří domény s různou elektrickou polarizací, a je prokázáno, že tato polarizace ovlivňuje chemii na povrchu [8].

Cíle práce:

• Seznámení se s experimentálními metodami STM, AFM, XPS, LEED • Příprava čistého povrchu vhodného perovskitu (např. KTaO3 nebo BaTiO3) • Charakterizace čistého povrchu pomocí AFM, XPS a LEED. • Vystavit čistý povrch kapalné vodě a výsledek charakterizovat mikroskopicky a spektroskopicky. Určit výslednou strukturu povrchu. • Pokusit se najít korelaci mezi feroelektrickou polarizací vzorku a strukturou povrchu. Bakalářská práce bude prováděna na UHV aparatuře vybavené nízkoteplotním STM-AFM, fotoelektronovou spektroskopii (XPS) a zařízením pro difrakci pomalých elektronů (LEED).

Seznam odborné literatury

[1] Gerhold, S., Wang, Z., Schmid, M. & Diebold, U. Stoichiometry-driven switching between surface reconstructions on SrTiO3 (001). Surf. Sci. 621, L1-L4 (2014). [2] Wang, Z. et al. Evolution of the surface structures on SrTiO3 (110) tuned by Ti or Sr concentration. Phys. Rev. B 83, 155453 (2011). [3] Setvin, M. et al. Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3(001). Science 359, 572-575 (2018). [4] Sokolovic, I., Schmid, M., Diebold, U. & Setvin, M. Incipient ferroelectricity: A route towards bulk-terminated SrTiO3. Phys. Rev. Mater. 3, 034407 (2019). [5] Chambers, S. A., Droubay, T. C., Capan, C. & Sun, G. Unintentional F doping of SrTiO3 (001) etched in HF acid-structure and electronic properties. Surf. Sci. 606, 554-558 (2012). [6] Sokolović, I. et al. Quest for a pristine unreconstructed SrTiO3 (001) surface: An atomically resolved study via noncontact atomic force microscopy. Phys. Rev. B 103, L241406 (2021). [7] Cohen, R. E. Origin of Ferroelectricity in Perovskite Oxides. Nature 358, 136-138 (1992). [8] Kakekhani, A., Ismail-Beigi, S. & Altman, E. I. Ferroelectrics: A pathway to switchable surface chemistry and catalysis. Surf. Sci. 650, 302-316 (2016).