二維Au晶格構(gòu)筑及其性質(zhì)研究.pdf

1、二維結(jié)構(gòu)材料因其獨特的對稱性和缺失的第三維度具有與體材料截然不同的物理性質(zhì)，包括獨特的能帶結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電學(xué)性能以及拓?fù)浔Ｗo(hù)的表面態(tài)等;其固有的柔韌性、堅固性以及超薄等特點，還使得二維結(jié)構(gòu)材料擁有良好的機械屬性。這些新奇特性使得二維結(jié)構(gòu)材料在信息領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今最熱門的研究課題之一。而如何在廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的硅基結(jié)構(gòu)上制備穩(wěn)定有序的二維材料進(jìn)而實現(xiàn)器件上的開發(fā)和應(yīng)用，成為人們?nèi)找骊P(guān)注的科學(xué)問題。因此，本論文著重針對硅基

2、二維金屬晶格的制備、結(jié)構(gòu)表征以及性質(zhì)探索等幾個方面展開系統(tǒng)研究，具體包括以下三個部分:
　　1.研究Si(111)-7×7表面上Au二維晶格的可控制備和原子構(gòu)型。實驗通過室溫沉積并進(jìn)行適當(dāng)?shù)目焖偻嘶鹛幚?，有效地控制Au在Si基底表面的排布和外延結(jié)構(gòu)的形成。隨著覆蓋度的增加，Au-Si表面結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了Au6Si3團簇—1LAu/Si團簇層—二維Au晶格—第三層Au島的演化過程，而Au與Si襯底間的相互作用也逐漸減弱。精確控制生長條件可

3、制備得到大面積規(guī)則有序的二維Au晶格。對RHEED衍射圖樣的分析表明，對比干凈的Si(111)-7×7表面，Au6Si3團簇出現(xiàn)了表面幻數(shù)團簇的衍射特征，而1L Au/Si團簇層呈現(xiàn)出微弱的衍射新條紋，并在二維Au品格中形成特征的衍射條紋。通過比對Si(111)-1×1表面衍射條紋間距可知，這些特征衍射條紋來自間距約為4.6(A)的Au原子。結(jié)合覆蓋度和第一性原理計算可知，相比于Au6Si3團簇，1L Au/Si團簇將在每個半單胞中總能

4、最低的3個H3位吸附Au原子以飽和7×7表面剩余的懸掛鍵。而在1L Au/Si團簇層之上，Au原子以密堆積的方式排布形成了由限制于半單胞內(nèi)的全同Au團簇周期排列而成的二維Au晶格。
　　2.利用掃描隧道顯微鏡/譜研究二維Au晶格的電子結(jié)構(gòu)和輸運特性。對比+3.0V和+2.5 V偏壓下的STM圖像發(fā)現(xiàn)，二維Au晶格內(nèi)存在很強的量子耦合效應(yīng)，出現(xiàn)了類似于Kagome晶格的STM圖像;而在低偏壓和負(fù)偏壓區(qū)域則表現(xiàn)為有序度很低的STM圖像

5、。利用掃描隧道譜表征發(fā)現(xiàn)，二維Au晶格的STS譜中出現(xiàn)了反常的非對稱寬導(dǎo)電帶隙，其帶隙從-3.0 V到+1.1 V。對其起源與機制探討表明，隧穿的電子以de Broglie波的形式在二維Au晶格中傳播，在特定的電壓（能量）范圍內(nèi)無法向外輸運，傳播受到阻塞，形成帶隙，而電子與空穴有效質(zhì)量的不同造成了帶隙的非對稱性。有限元模擬顯示載流子在二維Au晶格中傳播產(chǎn)生了-3.0～+1.3 V的傳播帶隙，與STS譜測量的結(jié)果符合得很好，并且載流子的輸

6、運行為進(jìn)一步地由二維Au晶格的結(jié)構(gòu)對稱性所調(diào)制。
　　3.針對Au和Zn二維晶格的結(jié)構(gòu)和輸運性質(zhì)進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)上，兩者都呈現(xiàn)出六角蜂窩狀結(jié)構(gòu);在輸運性質(zhì)上，二維Zn晶格相對1L Zn/Si團簇也出現(xiàn)了反常增大的導(dǎo)電帶隙，但其增大幅度明顯小于Au/Si體系。對于二者的差異我們主要從三個方面來分析:(1)二維Zn晶格與二維Au晶格的原子結(jié)構(gòu)不同;(2)兩種晶格與Si襯底的相互作用強度不同;(3)兩種二維晶格面內(nèi)的耦合