Manipulace s atomy na povrchu křemíku pomocí rastrovacího tunelového mikroskopu

Student: Michael Kučera
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
Stav práce: obhájená

Abstrakt:

Práce se zabývá interakcí hrotu rastrovacího tunelového mikroskopu (STM) s atomy kovu na povrchu monokrystalu křemíku. Tento jev je důležitý pro jakékoliv měření pomocí STM. Při jistém nastavení parametrů tunelového přechodu (napětí, polarita, proud resp. vzdálenost) může docházet k silovému působení na atomy povrchu v okolí vrcholu wolframového hrotu. Dochází k ovlivnění doby setrvání adatomů v adsorpčních pozicích a pohybu po povrchu. Během skenování povrchu hrot může atomy dokonce přemisťovat pomocí atraktivního nebo repulsivního působení, nebo atomy s povrchu odebírat či vracet zpět. Tyto procesy mohou nežádoucím způsobem zkreslovat situace pozorované v STM a proto je pro měření potřeba nalézt oblast podmínek, kdy jsou nežádoucí interakce zanedbatelné. Na druhé straně znalost podmínek takového chování může být prakticky využita pro cílenou „manipulaci s jednotlivými atomy“ a dále k vytváření nano-objektů na površích.
Cílem práce bude studium závislosti interakce hrotu STM na parametrech měření. Je potřeba navrhnout vhodné typy experimentů pro stanovení podmínek pro různé typy interakcí. Jejich součástí bude i pokus o nalezení parametrů pro „odsátí“ a opětovné uvolnění atomu kovu z hrotu na povrch při pokojové teplotě.

Úkoly práce jsou:
• Seznámení se s problematikou STM experimentu v ultravakuu
• Příprava rekonstruovaného povrchu Si(100) 2×1
• Depozice vybraného kovu (In, Sn nebo Al) na povrch, vytvoření vzorků s nízkým i vysokým pokrytím a zobrazení získaných struktur v STM
• Návrh experimentu pro studium interakce
• Provedení a vyhodnocení experimentů

Výsledky práce budou důležité pro přípravu a měření uspořádaných nanostruktur kovů na povrchu rekonstruovaného křemíku – Si(100)2×1. Práce navazuje na výsledky získané při studiu indiových atomových řetízků během posledních dvou let (1 diplomová a 1 bakalářská práce) a může mít pokračování ve formě diplomové práce.

Interakce hrotu STM s povrchem. Obrázek složený z opakujících se řádkových skenů (vertikálně) podél jediného řetízku složeného z atomů In na povrchu křemíku Si(100)2×1. Levá část záznamu(se zřetelnými liniemi dimerových řádků Si v horizontálním směru) odpovídá tunelovému přechodu elektronů ze vzorku (napětí na hrotu +2V), pravá odpovídá opačné polaritě. Záznam ukazuje fluktuace délky řetízku (dolní konec je pevně ukotven na povrchovém defektu) s atomárním rozlišením. Četnost fluktuací při tunelování elektronů do řetízku je větší – důkaz interakce hrotu s adatomy kovu během skenování.

Literatura:
[1] Bai Ch., Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci. 32, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, N.Y., 1992.
[2] Články v odborných časopisech doporučené vedoucím práce.