WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 7 Интеркаляция атомов серебра под монослой графита на поверхности Ni(111) © А.Г. Стародубов, М.А. Медвецкий, А.М. Шикин, В.К. Адамчук Научно-исследовательский институт физики им. В.А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета, 198504 Санкт-Петербург, Петродворец, Россия E-mail: arkstar@mail.ru (Поступила в Редакцию 30 октября 2003 г.) Представлены результаты исследования процесса интеркаляции серебра под монослой графита (MG), выращенный на поверхности грани (111) монокристалла никеля — MG / Ni(111). Эксперименты проводились в условиях сверхвысокого вакуума. Формирование систем осуществлялось in situ в объеме рабочей камеры при непосредственном мониторинге каждой стадии получаемых систем методами ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и дифракции медленных электронов.

Исследована возможность интеркаляции серебра в системе MG / Ni(111) в процессе нанесения различных количеств металла на заданный объект с последующей температурной обработкой. Было установлено, что процесс наилучшим образом протекает в условиях циклического чередования операций нанесения адсорбата (Ag) на поверхность MG / Ni(111) и последующего отжига системы. Отмечено наличие двух фаз состояния MG на Ni(111) на промежуточных этапах формирования объекта MG / Ag / Ni(111).

Получено подтверждение интеркаляции Ag под монослой графита на Ni(111) при комнатной температуре.

Работа выполнена в лаборатории физической электроники Научно-исследовательского института физики Санкт-Петербургского государственного университета в рамках программы НТП „Фуллерены и атомные кластеры“ и проекта INTAS-2001-2136.

1. Введение туннельной микроскопии была показана возможность внедрения атомов благородных металлов под MG на Многослойные системы, сформированные на основе Ni(111), исследована электронная структура и структура графита путем интеркаляции в межслоевое простран- спектров фононных возбуждений сформированных инство различных материалов, привлекают в последнее теркалятоподобных систем.

время большое внимание вследствие уникальности сво- Серебро также относится к группе благородных меих свойств и возможности использования в современ- таллов, однако, как отмечалось в работах, выполненных ной технике [1,2]. Однако ряд элементов, таких как в группе А.Я. Тонтегоде [4–7], система с атомами серезолото, серебро и медь, не могут быть интеркали- бра, интеркалированными под MG, является уникальной рованы в объемный графит по стандартным техноло- по своим свойствам и особенностям процесса интеркагиям [1]. Только использование одиночного монослоя ляции. Авторам работ [4–7] не удалось напрямую ввести графита на поверхности d-металлов или их карбидов серебро под MG, сформированный на текстурированной делает возможным формирование интеркалятоподоб- Ir-фольге, а лишь путем замещения атомами серебра ных систем на основе благородных металлов с це- ранее интеркалированных атомов щелочного металла.

лью получения объектов нового типа и их исследова- Предельная концентрация проникших под MG атомов ния [2–18].

Ag в этом случае составила 1 монослой (ML) в отличие Созданные посредством интеркаляции под монослой от исследованных ранее систем — MG / Au / Ni(111) и графита тонкие пленки благородных металлов (в частно- MG / Cu / Ni(111) с толщиной слоя интеркалянта бости, Au и Cu), толщина которых может варьироваться, лее 1-2 ML.

ограничены с одной стороны монослоем графита, а с Данная работа посвящена сравнительному исследовадругой — плоскостью поверхности подложки. Благодаря нию возможностей интеркаляции различных количеств этому данные системы проявляют ярко выраженные серебра, предварительно нанесенных на поверхность двумерные свойства. Кроме того, как было показано MG / Ni(111) (от монослойных покрытий и до десятка в [19], монослой графита дополнительно играет роль монослоев Ag). Получены прямые доказательства инпассиватора, предохраняя металл от взаимодействия с теркаляции металла под MG. Проведены эксперименты, активными компонентами атмосферы.

которые позволили сравнить возможности пошаговой В наших работах [12–16] были проведены исследова- интеркаляции при стандартной (T = 375C) и комнатния интеркаляции атомов золота и меди под монослой ной температурах. Исследована электронная структура графита (MG). Методами фотоэлектронной спектро- сформированных интеркалятоподобных систем, а также скопии, низкоэнергетической спектроскопии характери- проведен анализ механизмов взаимодействия серебра с стических потерь энергии электронов и сканирующей системой MG / Ni(111).

Интеркаляция атомов серебра под монослой графита на поверхности Ni(111) 2. Экспериментальные условия ния 1 ML графита достаточно экспозиции в несколько сотен лэнгмюр, то значение экспозиции, необходимое Для проведения эксперимента использовался ком- для создания второго слоя, достигает десятков тысяч мерческий фотоэлектронный спектрометр с углолэнгмюр [20]. Это обстоятельство позволяет выбрать вым разрешением ADES-400, разработанный фирмой условия, когда на поверхности Ni(111) формируется VG Scientific.1 Оборудование включало в себя 150-гратолько один монослой графита.

дусный секторный анализатор (разрешение по углу — Для идентификации электронной и кристаллической 2), газоразрядную УФ гелиевую лампу (UVS-10 / 35), структуры полученной системы использовались методы ионную пушку и систему напуска газов. Энергетическое ДМЭ и фотоэлектронной спектроскопии. После обраразрешение анализатора составляло 50 meV. Излучение зования MG дифракционная картина не претерпевала УФ лампы направлялось под углом 55 по отношению существенных изменений, по-прежнему демонстрируя к нормали поверхности образца. В качестве источника яркие рефлексы в вершинах шестиугольника. С учетом фотонов использовались резонансные линии He–I и небольшого расхождения (менее 2%) между постоянHe–II с энергией 21.2 и 40.8 eV соответственно. Ориенными решетки граней (0001) графита и Ni(111) такой тация образца и периодичность поверхностных структур результат может указывать на образование структуры, определялись методом дифракции медленных электрокогерентной со структурой подложки. Присутствие в нов. Изображение дифракционных картин формировафотоэлектронных спектрах особенностей, соответствулось при помощи четырехсеточного энергоанализатора ющих графиту, как будет показано далее, и общий хас задерживающим полем. На основании данных картин рактер дисперсии этих особенностей свидетельствуют в выставлялись основные азимутальные направления ( M пользу того, что отправной точкой наших исследований и K) поверхностной зоны Бриллюэна, после чего пробыл объект с хорошо определенными свойствами — водились фотоэлектронные измерения с угловым разремонослой графита на Ni(111).

шением (в диапазоне полярных углов от -20 до 45 по отношению к нормали образца, 0 — нормальная эмис3. Экспериментальные результаты сия). Контроль температуры образца осуществлялся с помощью Ni–Ni / Cr термопары. Источник напыляемого На рис. 1 представлена серия фотоэлектронных спекметалла был выполнен в виде W–Re спирали с навеской тров (h = 40.8eV) с угловым разрешением, получениз серебра. Контроль количества наносимого вещества ная для системы MG / Ni(111). Спектры измерялись для ( ) осуществлялся с помощью кварцевых микровесов.

фотоэлектронов, выходящих в направлении M двумерЭксперимент проходил в условиях сверхвысокого ваной зоны Бриллюэна графита для различных полярных куума (СВВ). Давление остаточных газов в камере на углов, отсчитанных от нормали к поверхности.

момент записи спектров не превышало 1 · 10-10 Torr.

Стадия подготовки поверхности монокристалла ни- Полученные экспериментальные зависимости хараккеля состояла в повторении циклов ионного травле- теризуются явно выраженными пиками, соответствующими возбуждению электронов из d-состояний Ni и ния с последующим отжигом в атмосфере кислорода и водорода, до тех пор, пока фотоэлектронные спек- -состояний графита, расположенными в области энергий связи 0-2.5 и 4-10 eV соответственно. Некототры не приобрели форму, типичную для чистой грани рые спектры содержат также слабые особенности в Ni(111) [14,15]. Наблюдаемая картина дифракции после проделанной процедуры, как и ожидалось, демонстри- области энергий связи 4-6eV (нормальная эмиссия), которые можно отнести на счет 2,3-состояний графита.

ровала гексагональную симметрию, свидетельствуя о Решающую роль в механизме взаимодействия между хорошем качестве кристаллической структуры.

графитовой подложкой и MG играют -состояния граДля получения монослойного покрытия графита на поверхности никеля использовалась технология крекин- фита [2], дисперсия которых изучалась в настоящей га пропилена, описанная в [12–16]. Образец экспониро- работе до и после интеркаляции. К сожалению, из-за конструктивных особенностей манипулятора при провевался в атмосфере пропилена (C3H6) в течение 5 минут при давлении газа 1 · 10-6 Torr и температуре подлож- дении угловых измерений положение образца по мере вращения анализатора оказывалось несколько смещенки 500C.

Как отмечалось в работах [3,4], после формирова- ным относительно оси его поворота. Как следствие, мы получали набегающую ошибку и в результате несколько ния первого монослоя рост последующих графитовых слоев практически прекращается, что является след- сжатую по углу ветвь -состояний. Относя это сжатие исключительно на счет экспериментальных условий, мы ствием снижения реагентной способности поверхности.

провели калибровку установки по уже опубликованным Существенные отличия в скорости роста позволяют с большой точностью контролировать толщину графито- результатам для MG / Ni(111) [14,15]. С учетом этой вого покрытия. Так, например, если для формирова- калибровки построенные зависимости (рис. 2) соответствуют дисперсии электронных состояний в валентной Авторы благодарны проф. Г. Кайндлю из Свободного Университета зоне MG / Ni(111) вдоль направления M. Штриховой Берлина за предоставленную возможность работы с данным оборудованием. линией на рис. 2 изображены экспериментальные данные Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1302 А.Г. Стародубов, М.А. Медвецкий, А.М. Шикин, В.К. Адамчук энергиями связи 0.5 и 1.5 eV. Формирование монослоя графита на поверхности Ni(111) (кривая 2) сопровождается появлением в фотоэлектронных спектрах пика -состояний графита, локализованных в области энергий 10.2 eV, и ослаблением d-состояний никеля. Напыление 11 монослоев Ag на эту систему (кривая 3) приводит практически к полному исчезновению пиков графита и никеля (т. е. к полному подавлению сигналов от системы MG / Ni(111) серебром) и появлению в области энергий связи 4-8 eV структуры, характерной для d-состояний серебра. Отжиг системы при T = 375C приводит к восстановлению пика -состояний графита, но сдвинутого в область меньших энергий связи до величины 9.0eV, а также пиков d-состояний Ni с существенно меньшей интенсивностью (кривая 4).

Серия фотоэлектронных спектров с угловой зависимостью (рис. 4) относится к системе MG / Ag / Ni(111) с толщиной циклически добавляемого и отжигаемого (375C) слоя Ag около 5ML (направление M двумерной зоны Бриллюэна графита). Общая тенденция для всей серии — дисперсия -состояний графита и почти бездисперсионное поведение 4d-состояний валентной зоны серебра. Особенности, отвечающие -состояниям, Рис. 1. Фотоэлектронные спектры (h = 40.8eV), полученные для системы MG / Ni(111), при изменении полярного угла в плоскости, отвечающей направлению M поверхностной зоны Бриллюэна графита. 0 соответствует нормальной эмиссии.

Внизу приведена поверхностная зона Бриллюэна графита и указаны направления, в которых изучалась угловая зависимость. Темными кружками отмечены рефлексы картины ДМЭ.

для монокристалла графита, взятые из [14]. Сравнение с данными для объемного графита показывает, что ветвь -состояний системы MG / Ni(111) смещена в сторону увеличения энергий связи (ЭС) примерно на 2.0 eV.

Необходимо отметить „непараллельный“ характер этого сдвига: достигая своего максимального значения в точке, он уменьшается по мере приближения к границе зоны Бриллюэна. Указанный сдвиг, как было установлено в [2], обусловлен гибридизацией -состояний графита и d-состояний Ni.

На рис. 3, a представлены фотоэлектронные спектры (нормальная эмиссия): кривая 1 — для чистой поверхности Ni(111), 2 — для поверхности с монослоем графита, 3 —для MG / Ni(111) со слоем серебра с поверхностной Рис. 2. Дисперсия зон в направлении M поверхностной концентрацией = 11 ML, 4 — для той же системы, зоны Бриллюэна графита для систем: 1 — MG / Ni(111);

что и 3, но прогретой до температуры 375C. Фото2, 3 —MG / Ag / Ni(111) для концентрации напыленного сереэлектронный спектр для чистой поверхности Ni(111), бра 3.0 и 4.7 ML соответственно; 4 — (штриховая линия) кривая 1 характеризуется пиками d-состояний Ni с объемный графит.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Интеркаляция атомов серебра под монослой графита на поверхности Ni(111) Рис. 3. a) Фотоэлектронные спектры (h = 40.8eV), измеренные при нормальной эмиссии фотоэлектронов. 1 —чистый Ni(111);

2 — монослой графита на Ni(111); 3 — отвечает случаю, когда на поверхность MG / Ni(111) нанесено серебро в количестве 11 ML;

4 — система, соответствующая (3), прогрета до температуры 375C. b) Нормированные интенсивности пиков -состояний графита, 4d-состояний Ag и 3d-состояний Ni. 1 —для чистого MG / Ni(111); 2 — то же, что и 1, но с 11 монослоями Ag поверх MG / Ni(111), нанесенными при комнатной температуре; 3 — то же, что и 2, но после отжига системы до 375C. Нормировка проведена по отношению к максимальному значению сигнала каждого из состояний.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.