Au(110)及Si(111)表面低維結(jié)構(gòu)的掃描隧道顯微術(shù)研究.pdf

1、低維納米體系由于其具有的優(yōu)異奇特的物理、化學(xué)性質(zhì)，而在近年來受到了廣泛的關(guān)注。其中石墨烯因其較高的強度、優(yōu)異的光學(xué)性能、極佳的導(dǎo)電性能和傳熱性能，而自2004年誕生以來即一直為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的熱點。
　　當(dāng)石墨烯由無限延展變?yōu)橛邢蕹叽鐣r，其邊界和表面的性質(zhì)更為明顯和易于表征。石墨烯納米條帶就是這樣的一種一維新型碳納米材料，其特定的邊緣態(tài)使之在電學(xué)、磁學(xué)和化學(xué)等領(lǐng)域有著與石墨烯迥異的性質(zhì)。
　　其中，條帶寬度作為調(diào)控石墨烯

2、納米條帶性質(zhì)的首要參數(shù)，受到了著重的注意。研究者們探索了自上而下的氧離子刻蝕法、溶液超聲法、Ni納米顆粒刻蝕法、切割多壁碳納米管法，以及自下而上的溶液合成法、芳香族分子合成法等等方法來合成符合需要的寬度的石墨烯納米條帶。
　　在第二章中，我們通過使用低溫掃描隧道顯微鏡研究了兩種化學(xué)式相同的分子（并五苯分子和苉分子）在Au(110)-1*2模板上的自組裝-退火實驗。由于襯底Au(110)-1*2重構(gòu)對分子的一維限域作用，我們得以在其

3、上以并五苯和苉分子為前驅(qū)物，合成一維或準(zhǔn)一維的石墨烯納米條帶。同時，在這一過程中，我們具體闡述了脫氫聚合過程和分子-襯底相互作用力之間的競爭過程以及Au(110)-1*2模板對反應(yīng)方向的調(diào)控作用，以及分子本身的屬性對合成的一維鏈的性質(zhì)的不同影響。
　　Pb/Si(111)體系作為半導(dǎo)體上生長的金屬的模型以及被研究者們長久關(guān)注。這是因為該體系中有較強的量子尺寸效應(yīng)(Quantum Size Effect，QSE)。當(dāng)金屬和半導(dǎo)體接觸

4、的時候，這兩種材料的費米能級被拉平，因而產(chǎn)生了從一方到另一方的電荷轉(zhuǎn)移[1]。當(dāng)電子被從金屬激發(fā)至半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的時候，它需要克服其間的肖特基勢壘。正由于此時電子轉(zhuǎn)移到Pb島上，因而關(guān)注量子尺寸效應(yīng)和Pb島的總能量對于確定費米面的位置非常重要。
　　最近幾十年的研究者們，其對Pb/Si體系研究重點首先是如何獲得原子級平整表面的Pb薄膜。其次，在低溫生長辦法被證實可行之后，研究熱點集中在低溫下的層數(shù)穩(wěn)定性上，也就是Pb/Si(111)

5、的“幻數(shù)穩(wěn)定性”。之后，對在不同層數(shù)生長，并在室溫下退火得到的平整薄膜進行光電子能譜、X射線衍射、超導(dǎo)等方面的研究。而相對地，由于低溫生長之后得到的Pb/Si(111)薄膜相比退火之后的薄膜要粗糙一些，因而受到的關(guān)注也較低。
　　在第三章中，我們利用超高真空腔室中的分子束外延手段在低溫Si(111)襯底上外延生長Pb納米薄膜。分析了不同沉積速率下Pb納米薄膜的尺寸、臺階高度等參數(shù)變化情況，研究了不同條件下薄膜的形貌特性，并據(jù)此提出

6、Pb在不同沉積速率下的生長模式差異。當(dāng)蒸發(fā)源溫度為559℃時，Pb膜生長模式主要為層狀生長模式，Pb原子層尺寸較大，整體高度較為平均;當(dāng)蒸發(fā)源溫度為575℃時，Pb薄膜生長模式開始轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝?島狀生長，Pb原子層的島狀形貌較為突出;當(dāng)蒸發(fā)源溫度為590℃時，Pb薄膜生長模式演化為更為明顯的層狀-島狀生長，且上層Pb原子的島狀化比575℃更突出，且整體Pb島的尺寸逐漸變小。這一形貌差異可以歸因于不同沉積速率下，Pb原子縱向生長行為與表面擴

7、散行為的動態(tài)競爭關(guān)系。總之，在層厚一定的前提下，隨著蒸發(fā)源溫度的提高，Pb原子沉積速率加快，Pb薄膜的生長模式也從層狀生長過渡到層狀-島狀生長。
　　隨后，我們保持蒸發(fā)源生長溫度不變，調(diào)節(jié)生長時間，發(fā)現(xiàn)與同樣生長速率的590℃生長情況相比，此時Pb原子沉積速率相同，成核密度類似。而相比于生長速率較低的559℃情形相比，該溫度下Pb原子沉積速率較快，因而在橫向擴散上，薄膜的擴散行為受到抑制，總體上島的面積相對較小。
　　總之，