（凝聚态物理专业论文）涉及表面和界面体系的表面型貌及电子态研究.pdf

摘要 本文利用高分辨电子能量损失谱( h i g hr e s o l u t i o n e l e c t r o ne n e r g yl o s s s p e c t r o s c o p y ，h r e e l s ) 和光电子谱( p h o t o e m i s s i o ns p e c t r o s c o p y ，p e s ) 以及 扫描隧道显微镜( s c a n n i n gt u n n e l i n gm i c r o s c o p y ，s t m ) 等传统和新颖的表面测试 于段相结合对涉及有机发光器件相关的界面问题、钌表面氧化及其原了结构和电 j 于性质、金属表面异质节的生长等问题进行了研究。 m g f 2 经常被用来加在有机发光器件的电极与有机发光层之间以改善器件的性 能，但是对于m g f 2 和有机层之间发生的相互作用方式还不是太清楚。m g f 2 与a i q s ( 八羟基喹啉) 界面的研究结果表明无论是m g f 2 蒸镀到a i q 3 上还是a l q 3 蒸镀到 m g f 2 一i - _ 的情况，m g f 2 与a l q 3 均发牛了反应。在反应中，对应于a l q 3 ( 。八羟基喹 啉) 分予的非平面苯环弯曲振动的能量损失峰的位置发生了移动。在m g f 2 蒸镀到 a l q 3 上以及a i q 3 蒸镀到m g f 2 上的两种情况下，该能量损失峰的位移动作是一致 的。hr e e i s 的研究结果表明从m g f 2 中分解出来的m g 与a l q 3 中的ai 、0 和n 栩兀作用，反应后m g 的位置处于a l q 3 分- 了的平面外。搞清楚m g f 2 与a l q 3 之间 的相h 作用方式有利于进一步了解绝缘层改善有机发光器件性能的机制。 和m g f 2 一样，l i f 也经常被用来加在有机发光器件的电极与有机发光层之间 以改善器件的性能。过去的研究表明，l i f 分解后释放出l i 原了可以改善有机发 光器件的性能。对在几种条件下i 。j f 和a i 的化学反应的研究表明：在有a l q 3 参与 的情况下，l i f 和aj 在窒温下发生反应。在a i l i f a i q 3 系统中，l ils 的峰发生了 0 2 5 e v 的位移，同时f1s 也发生了相应的位移。在没有a l q 3 参与的情况下，l i f 和a i 在窒温下不发生反应。但是加热样品至3 5 0 k 后，在l i1s 峰的低能端0 8 5 e v 处出现了一个伴峰。x p s 研究表明这个伴峰对应的是金属态的i 。i1s 。这表明l i f 和a l 在加热条件下发生了反应，h r e e l s 的结果也验证了这一结论。这一研究结 果提示我们在制备没有a l q 3 的有机发光器件的时候，可以通过加热器件的方法来 使加在a l 电极和有机发光层之间的l i f 和a l 电极发生反应并分解释放出l i 原予， 从而达到改善器件性能的目的。 2 由于氧吸附在钌表面的形貌和电予态的研究涉及催化的一个模型体系，而这 又是物理和化学方面的许多基础问题之一，因此其研究意义重大。利用s t m 和 up s 我们对不同氧吸附量下的r u ( 10 10 ) 表面进行了研究。在氧吸附量为0 4 和2 0 1 。 时，我们得到了c ( 2 x 4 ) 2 0 和( 2 x1 ) p 2 m g 。2 0 两个吸附相。s t m 研究表明，在 c ( 2 x 4 ) 。2 0 吸附相时四个r u 原子形成图像中的一个亮点。而在此吸附相时发现的 岛状位错表明o o 相互作用对形成有序结果的作用很大。在( 2 x 1 ) p 2 m g 2 0 吸附相 时，s t m 在 1 210 方向发现了锯齿状的氧链结构。up s 研究表明0 2 p 所对应的峰 出现在结合能5 9 e v 处。在c ( 2 x 4 ) 2 0 吸附相阶段功函数改变量为0 5 e v ，而到了 ( 2 x1 ) p 2 m g ，2 0 吸附相阶段则增加到o 7 e v 。 随着微电了科技在的迅速发展，与之相关的过渡金属半导体即金属表面异质 ：带研究的重要性也越来越体现出来。作为微电予工业的基础，硅和锗与金属的表 面和界面之间的相互作用几十年来一直是研究的热点。而作为一种半导体材料的 g e 在金属表面上的生长以及界面形成过程的研究工作甚少。利用s t m ，我们对 g e 在r u ( 0 0 01 ) 表面的生长模式进行了研究，结果表明g e 在覆盖度小于1 个单层 的时候是以单原予层状生长的。在覆盖度大于1 个单层后，新沉积上去的g e 在已 有的单原了层g e 表面自由扩散，以台阶区域为成核点，聚合为一些尺度为7 n m 左右的团簇呈岛状生长。g e 在r u ( 0 0 01 ) 表面的生长呈s t r a n s k i k r a s t a n o v 生长模式。 1 引言 第一章：m g f 2 与a iq 3 ( 八羟基喹啉) 反应的h r e e l s 研究 自从发现有机电致效应以来1 1 ：，已经进行了大量的关于有机发光器件( 0 i e d s ) 物理和化学方面的研究。个典型的o l e d s 由一个透明的底部电极、有机发光层以 及一个顶部的金属电极组成的。通过氧化处理的i t o 玻璃通常被作为透明的底部电 极用于空穴注入极l u ，| i 低功函数的金属或合金则被用来竹；为 乜j r 的注入极一二。 仙足低功函数的金属m 卜其很高的化学活性使得通常很难适合产品的使用珂：境。金 属八l 电极的j 吨用是o l e d s 器件发展的一个照著进步标志。然而由# a l 的高驱动电压 以及在向al q ；中注入电r 的低效牢，使得它对。卜通常的电了传输材料来说是一种很 糟糕的电极。解决这个问题的方法是d - ia l qj a i 的界面上加上很少。最的绝缘物质如 m g l ? 2 、i 卅? 利mg 、人l 的氧化物。这样就可以极大地改进器件的驰动电j ；_ 蔓- - 7 i ：提高发光 效率。研究绝缘层和a 1 q3 之问的界面对于了解绝缘层改善o l 。ed s 效能的机制是很 更要的， 先1 i j 的研究：1 ：作大多利用光电了能谱。一般利用紫外光电一t - f i k 谱( i jp s ) 获取有 关导带的信息，并斥t f f l jx 光电了能谱( x p s ) 研究芯态能级。当m g f 2 蒸镀型j a l q 卜f - 后， ai 、( ) 的芯态位移表明m g r ：! - ；ia l q 3 中的a l 和0 发牛强烈作用1 4 。在本文中，我们将介 绍利用高分辨电了能量损失谱( h r e e l s ) 进一步研究这种强烈作用。 1 1 实验 此实验是在美国l kt e c h n o l o g i e s 型号为e l s 3 0 0 0 的t t r e e l s 潜仪上进行的。电 了的注入角度为6 2 。，信号收集取镜面反射角度。电了初始能量为6 0e v ，谱仪分辨 率为5m c v 走右，弹性峰的典型记数葺夏为每秒l0 s 左右。真空腔本底真空优于 2 x10 - i o m b r 。 实验选择一卢 硅，孽啡e t i 作为利底，是因为它彳丁。个平整且稳定的表嘶。硅，：；在超 高真空叫i 境中用加热疗式来加以清洁。蒸发腔里的al q 3 ，m g f 2 和m g 源在蒸镀前都 经过了长时问的除气净化，蒸发腔的本底真空优于1xlo - 9 m b r 。样品在蒸发腔里蒸镀 上材料后，在不破坏真空的情况下通过转运腔传送到分析腔进行测量。材料生长层 的厚度用石英晶振来监控，并经x p s 测量进行标定。 川结果与讨论 图1a 是m g f 2 蕉镀至 j ai q 3 上不i 司厚度的卜tr ee i 。s 谱图。谱图中最底部的谱线是消 ；t i i ai q j 的能鼓损失谱。各损失峰的标识在先l 讶的文章巾已经进行了报道陌。谱图中 “a k ”的损失峰分别对应：j - ：al q 3 的彳拦c一c一 一芝c3c|l一芝cm_c一 ( n 8 ) ( 11s ue l ui o 的 r o o 幻 、一 。 一oe一协ojejc山 o o r o 田 一e一仂仂o-1lc山 o o r o 田 05 01o o15 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0 0 5 010 0 ene r g ylo ss ( mev ) 一一 、， 150 一= c 3ci-j一=亡m_c一 一= c 3cil一=c一c一 第二章：有或没有aq 3 参与的情况下l if 并i ：i al 的化学反应 i 引言 自从发现有机电致效应以来，已经进行了大量的对于有机发光器件( o l e d s ) 物理和化学方面的研究。一个典型的o l e d s 由一个透明的底部电极，有机发光 层以及一个顶部的金属电极组成的，而电极有机层的界面直接关系到器件的效 率和驱动电压l 2 。氧化处理过的i t o 通常作为器件的阳极( 空穴注入极) 土4 气也 7 8 ，而电子注入极，即阴极，则由低功函数的金属或合金担任| _ 比。由于 这些金属很高的化学活性使得它们很难适应器件的工作环境。使用a l 作为电极 是o l e d s 的一个重要进步。由于a 1 电极很高的驱动电压和i 句a l q 3 注入电予的 低效率使得它成为一个很糟糕的电极。解决这个问题的方法是在a i q 3 a i 之i n jd n 上很少量的l i f ，这样就可以在包括驱动电压和器件效率方面得到极大地提高。 在a i l i f a l q 3 系统中，电子注入的改善被归结为由于l i f 的分解。l i f 和 a l 相互作用后，可能形成a 1 f 3 和进入到a l q 3 中的自由l i 原子。l i 原子的进入 使得与a j 电极有了一个良好的接触1 1 。在金属电极和有机层之间加一层薄的 绝缘层的方法被广泛用来改善器件的驱动电压和发光效率。先前的研究表明，在 没有a l q 3 的情况下，l i f 和a l 不发生反应”1 6 。在本文中，利用x 光电子能谱 ( x p s ) 和高分辨电子能量损失谱( h r e e l s ) 进行研究，在加热条件下，l i f a l 系统是否会发生了反应。 i i - 实验 光电子能谱( x p s ) 的实验是在英国v g 公司生产的e s c a l a b2 2 0 i 。x l 谱 仪上进行的。x p s 使用的是a l 的k c t ( 1 4 8 6 6 e v ) 光源，仪器的绝对能量分辨率 设定为0 3 6 e v 。高分辨电子能量损失谱( h r e e l s ) 的实验是在美困l k t e c h n o l o g i e s 型号为e l s 3 0 0 的h r e e l s 谱仪上进行的，电子的注入角度为6 2 0 ， 信号收集取镜面反射角度。电子初始能量为6 0e v ，谱仪分辨率为5 m e v 左右， 弹性峰的典型记数率为每秒10 5 左右。两个真空腔的本底真空分别为3 x l0 _ u 和 2 x 10 。旧m b a r 。 实验选择了一片硅单晶作为衬底，这是因为它有一个平整而且稳定的表面。 硅片在超高真空环境中用加热方式来加以清洁。蒸发腔中的a l q 3 ，l i 和l i f 源 在蒸镀前都经过了长时间的除气净化，蒸发腔的本底真空为6 x l0 一um b a r 。样品 在蒸发腔单蒸镀后，在不破坏超高真空的情况下传送到分析腔进行测量。材料生 长层的厚度用石英晶振来监控，并经x p s 测量进行标定。样品用灯丝加热到设 定温度后保持15 分钟，测试在样品冷却到室温后进行。 l l l 。结果与讨论 图1a 是a l 、a t q 3 分别蒸镀到io a 的l if 上的x p s 谱图。a l 和a t q 3 蒸镀 只引起了l ils 和f 1s 的峰非常小的位移，这么小的位移可以归结为由于a l 和 a l q 3 的蒸镀而引起的样品功函数的改变。所以在a i l if 和a l q 3 l i f 的情况下， 没有发生什么反应。图1 b 和c 是a l l i f a 1 q 3 和a l q 3 l i f a 1 的x p s 谱图。可以 文 看出l ils 和f1s 都发生了大约0 2 5 e v 的位移，x p s 的实验结果列于表l 中。x p s 的结果表明在有a l q 3 的情况下l i f 和a l 发生了反应，在没有a l q 3 的情况下l i f 和a 1 不发生反应。这一事实已经被先前一个简单的热力学模型所证实b m 。 在有a l q 3 的情况下，大约2 0 0 a 清洁的a 1 蒸镀到s i 表面，并在上面又蒸镀 了4 a 的l if 。图2 就是得到的x p s 谱图。在室温条件下，l i1s 和fis 的结合能 分别为5 7 8 4 和6 8 7 3 0 e v 。加热样品后，二者均发生了微小的位移，而且二者的 位移方向和位移量几乎相同，位移可能来自加热过程中功函数的微小变化。同时 我们注意到样品加热到3 5 0 k 以上，在l ils 峰的左边约o 8 5 e v 处开始出现了一 个小的伴峰。在a i l i f a l q 3 系统中，l i f 和a 1 发生反应后，l i ls 相对于f 1s 的 位移大约为o 2 5 e v ，相比之下0 8 5 e v 就是一个很大的位移了。图2 中最上面的 一条l ils 谱线是l i f a 1 表面蒸镀了0 5 a 金属l i 后的结果，在同样的位置也出 现了相同伴峰。显然这个位置的伴峰对应的应该是金属态的l i1s 。具体芯态能级 数据列于表2 中。l i ls 的峰出现伴峰的事实，说明了在没有a l q 3 参与的情况下， l i f 和a i 之间在加热后的确发生了反应，反应的结果是释放出金属态的l i 原子。 图3 是高分辨电子能量损失谱( h r e e l s ) 谱图。图中最下面的一条谱线是 2 0 0 a 的a l 蒸镀到s i 表面的结果。在其上面沉积4 a 的l i f 后，出现了6 0 m c v 和7 3 m e v 这两个对应于l i f 振动模式的损失峰 。当样品加热到3 5 0 k 以后， 在3 7 m e v 处出现了一个损失峰，随着加热温度的继续升高，这个损失峰也越来 越明显，而且这个位置正好位于l i 原子和金属a l 衬底相互作用的损失峰附近恺。 谱图中最上面的一条谱线正是将0 5 a 的金属l i 沉积到金属a l 衬底上得到的 h r e e i 。s ，我们发现在3 7 m e v 处同样发现了一个损失峰。h r e e l s 的结果也证 明了在加热条件下，l i f 和a l 能在没有a l q 3 参与的情况下发生反应，释放出金 属态的l i 原子。 l i f 是一种很稳定的物质。根据热力学模型计算，l i f 的分解释放出i 。i 原子 需要2 6 9 kc a l m o l 的能量1 6 。在通常条件下l i f 和a l 不发生反应是因为没有足 够反应所需的能量。在我们的实验里，金属a l 衬底上的l i f 只是很薄的一层， 或是表面上一些很小的l i f 团簇，它们应该比通常的l i f 具有更高的化学活性。 在没有a i q 3 参与的情况下，只要加热，它们便能和金属a l 衬底发生反应。 i v 结论 利用x p s 和h r e e l s 对l i f a i 系统的研究，研究结果表明：在没有a l q 3 参 与的情况下，在衬底加热至3 5 0 k 以上的情况下l i f 和a l 发生反应并释放出l i 原子。这就提示我们在制备没有a l q 3 的有机发光器件，例如使用聚合物的有机 发光器件时，可以利用加热器件的办法来促进l i f 和a l 的反应，从而提高器件 的性能。 参考文献 。i d p a r k e r j a p p l p h y s 7 5 ，1 6 5 6 ( 1 9 9 4 ) 2 w r s a l a n e c k ，s s t a f s t r 6 m ，a n dj l b r 6 d a s ，c o n j u g a t e dp o l y m e rs u & a c e sa n di n t e r l a c e s ( c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ，c a r n b r i d g e ，i9 9 6 ) 3 t o s a d a t h k u g l e r , p b r 6 m a ，a n dw r s a l a n e c k ，s y n t h m e t 9 6 7 7 ( 19 9 8 ) 4 f n 0 e s c h ，l j r o t h b e r g ，e w f o r s y t h e ，q t l e ，a n dy t g a o ，a p p l p h y s l e t t 7 4 ，8 8 0 ( i9 9 9 ) 5c c w u c i w u ，c s t u r m ，a n da k a h n ，a p p l p h y s l e t t 7 0 ，i3 4 8 ( i 9 9 7 ) 6 f l i 1 4 t a n g ，j s h i n a r , o r e s t o ，a n ds z w e i s z ，a p p i p h y s l e t t 7 0 ，2 7 41 ( 19 9 7 ) 7 q tl e ，f n f i e s c h ，l j r o t h b e r g ，e w f o r s y t h e ，a n dy - g a o ，a p p l p h y s l e t t 7 5 ，13 5 7 ( 1 9 9 9 ) 8m g m a s o n 。l is h u n g ，c w t a n g ，s 7 r l e e ，k w w o n g ，a n dm w a n g ，j a p p l p h y s 8 6 ， l8 8 8 ( i9 9 9 ) 9 t h k u g l e r , w r s a l a n e c k h r o s t a n da b h o l m e s ，c h e m p h y s l e t t 3 1 0 ，3 91 ( 19 9 9 ) 1 0m s t o s s e l ，j s t a u d i g e l ，f s t e u b e r , j s i m m e r e r , a n da w i n n a c k e r , a p p l p h y s a ：m a t e r s c i p r o c e s s 6 8 ，3 8 7 ( 1 9 9 9 ) | l e i 卜l a s k a l ，a c u r i o n i ，p f s e i d l e r , a n dw a n d r e o n i ，a p p i p h y s l e t t 7 1 ，1151 ( 19 9 7 ) ”j k i d o k n a g a i a n dy o k a m o t o ，i e e et r a n s e l e c t r o nd e v i c e s4 0 ，13 4 2 ( 19 9 3 ) 。l 。s i 。t t l n g ，c w t a n g ，a n dm g m a s o n ， a p p l p h y s l e t t 7 0 ，l5 2 ( 19 9 7 ) hj k i d oa n d t m a t s u m o t o ，s i d9 7d i g e s t ，7 7 5 ( i9 9 7 ) 1 5g g r e e z y n s k i ，w r s a l a n e c k ，m f a h l m a n a p p l s u r f is c i 1 7 5 1 7 6 ，319 ( 2 0 0i ) m m g m a s o n ，c 、v t a n g ，l 一l h u n g ，p r a y c h a u h u r i ，j m a d a t h i l ，l y a n q r l e y g a o ， s 一1 - l e e ，l - s l i a o ，l f c h e n g ，w r s a l a n e c k ，d a d o ss a n t o s ，j 1 。b r e d a s j a p p l p h y s 8 9 ，2 7 5 6 ( 2 0 0 1 ) 7 r f ) m a r t i n p h y s r e v b1 5 ( 8 ) 4 0 7 1 ( 1 9 7 7 ) p r u d o l f ic a s t a l d i g c a u t e r e ，a n ds m o d e s i s u r f s c i2 5 1 2 5 212 7 ( 19 91 ) 表i ：l i 1s 和fis 在不同条件下的位移量 l ilsfis e i j i 和e f 二者能量差 以e f 为基准e 1 i 的位移量 l i f a l l j f a i q 3 l i f l i i ? a l a l q 3 l i f a i l i f a i q 3 ai u i f ai q 3 5 6 176 8 5 4 5 5 6 316 8 5 6 4 5 6 1 76 8 5 4 7 5 7 6 76 8 7 0 0 5 7 3 86 8 6 9 7 5 6 4 06 8 5 7 2 5 7 1 3 0 6 8 6 8 7 6 2 9 2 8 6 2 9 3 3 6 2 9 3 0 6 2 9 3 3 6 2 9 5 9 6 2 9 3 2 6 2 9 5 7 o 0 5 o 0 2 o 2 6 o 2 5 表2 ：l i f a 1 情况下l ils 和f is 的位移量 l i5 6 9 0 - _ _ _ - _ - - _ _ - _ l _ _ - _ _ i - _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ l l - _ _ _ _ _ - l _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ - - - _ _ _ - _ - _ l _ _ _ _ l l - _ l _ - - i - - _ - _ _ - _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 一ii 。i - _ - _ - _ _ _ _ _ _ - - - _ - l l 附图说明： 图1 a i l i f a l q 3 和a l q 3 l i f a l 情况下l i 1s 和f 1s 芯态的x p s 谱 图24 l a 的l i f 蒸镀2 0 0 a 的a l o e 底上，加热到不同温度并保持15 分钟然后冷却到 室温的x p s 谱图。最上面的一条谱线是0 5 a 的金属l i 蒸镀到l i f a 1 表面。 图34 a 的l i f 蒸镀2 0 0 a 的a l 衬底上，加热到不同温度并保持15 分钟然后冷却到 室温的h r e e l s 谱图。最上面的一条谱线是o , s a 的金属l i 蒸镀到l i f a l 表面。 a li1s 镂麓；州 小w w w 吖 一 c v h 删 一k ，竺l 科? 。 5 25 45 65 8606 8 o6 8 56 9 0 bindingenergy ( ev ) 1 7 j c g 、- _ 入 1 - a o 一 岛 o - 4 0 - _ 一 4 85 05 25 4 5 65 86 06 26 46 66 8 06 8 26 8 46 8 66 8 86 9 06 9 26 9 46 9 6 bin d i n ge n e r g y ( e v ) l 萝 3 7 0 1o o 2 0 0 e l e c t r o ne n e r g yl o s s ( m e v ) 3 0 0 1 10 0 c 9 0 。c 7 0 0 c 5 0 0 c r t a i s i 4 0 0 一n蠢一占is葺o-盘一 i - 引言 第三章：r u ( 10 - 10 ) 表面氧吸附的s t m 年n u p s 研究 对于原子或分子吸附到金属表面的研究由于涉及物理和化学方面的许多基 础问题，所以引起了大家的广泛关注。 在富氧钉表面，尤其是在通过钉单晶氧化得到的很薄的数层r u 0 2 被认为是 研究c o 催化的一个模型体系。另外，研究不同氧化程度的钉表面形貌和的电子 态也是非常重要的 1 6 。 对于氧吸附的r u ( 0 0 01 ) 表面的研究比较多，但对于r u ( 1 0 1o ) 表面氧吸附的 研究就相对而言很少了 2 ，7 10 。近来s c h w e g m a n n 等人利用l e e d j 乖i d f t ( d e n s i t y f u n c t i o n a lt h e o r y ) 研究了r u ( 10 10 ) 表面的氧吸附问题网，得到了c ( 2 x 4 ) 2 0 $ n ( 2 x1 ) p 2 m g 一2 0 的两种氧吸附相。在我们的实验里，利用s t m 和u p s 对这两个氧吸 附相进行了研究。 i i _ 实验 我们的实验是在浙江大学的v t s p m 系统上完成的。该系统配备了s t m 、 l e e d , i i u p s 等设备。金属钌单晶通过经过多次a r 离子轰击、高温退火来得到清 洁有序的表面并经l e e d 和x p s 验证。系统本底真空优于2 木10 卜1 u m b a r ，关于这套 系统在别的文献里具体描述【1 1 。氧的吸附是在室温下通过超高真空漏阀放入真 空腔中实现的。氧的暴露量通过真空规管读取。u p s 光源采用的是l - l e l ，能量为 21 2 e v 。偏压设置为。5 v 。 l i i 结果与讨论 将清洁有序的r u ( 1 0 1 0 ) 钌单晶在室温条件下进行氧的吸附。在i 吸附量为0 7 和2 o l 时得到了l e e d 图像为c ( 2 x 4 ) 和( 2 x 1 ) 的结构，分别对应于c ( 2 x 4 ) 2 0 和 ( 2 x 1 ) p 2 m g 2 0 这两个吸附t h 3 】。当然，我们在吸附量为0 4 l 时就从l e e d 上观察 到了c ( 2 x 4 ) 的结构，不过根据s c h w e g m a n n 基于l e e d 强度分析给出的最适合的吸 附结构模型如图( 1 ) 所示 3 。在这两个吸附相中，氧原子位于h c p 位置，并沿 1 2 1 0 】 方向形成锯齿状的氧链结构。在c ( 2 x 4 ) 2 0 吸附相时，化学吸附的氧原子引起了 最上面两层r u 原子侧向和垂直方向小的位移，而在( 2 x i ) p 2 m g 2 0 贝i 基本没有位 移。 图( 2 ) a 是在氧吸附量为0 4 l 时的s t m 图。先前l e e d 已经看到了清晰的c ( 2 x 4 ) 的结构。在图上我们可以看到沿 1 2 10 方向的原子链。我们在更小范围扫描得到 的图( 2 ) b 可以清楚看到它的原子分辨的结构。在图上我们可以得到它的原胞。 沿 1 210 】方向的原子与原子问间隔为5 4 a ，链与链之间的距离为l7 5 a ，这和 o c ( 2 x 4j 一2 ( ) f f ：j 原胞，o r 5 4 xl7 2 a 是吻合的徉u2 x 4 ) 一2 ( ) 吸附相模! 哆1 1 ，hil 210 | ，j 向仃镪齿状的氧链结构l3j ，f m 往图，2 、a ip 我们没自发坝 找 、j 认为最人。z 】能足最外屡的 壤tr 原厂盘“模掣黟h j 姆l l 个1 = r 炽j ，埘 心：j 塌 i 胞符个细f ：的个亮点f i ! ! s c h wc g m a n l l 基- - i 川：i ) 强度分l j ic i2x 4 卜二( ) 暇附 4 1 1 州也发现，t 1 i 致| j 付。 ：土的氧原r 作用住原胞各个角l ? 的p 1 ? 个tj 弼 j ：收绑移 动- to 0 5 al 3i 图( 3 ) 也是c ( 2 x 4 ) 2 0 吸附栩时的，在矧l3 ) ar - i 我们1 1 f 以看到位错结构。 图中这个畴界将整个域分为两j k 我1 l j 从模型可以知道，c 12 x 4 ) 2 0 吸附相的 表帆是沿| 1 2l ( ) 1 方向锯齿状的氧链和2 墨沟槽交错的结构。如粜氧链沿f 0 10 2i 和 l f _ 210 l 力向发，l ：了位移，那么就存这两个乃向形成了畴界如图t3 ) c 乖t l d ， 划( 3 ) b 也足c ( 2 x 4 ) 2 0 吸附相时的。我们时以发现l 啦错的域形成r 个 人约i6 x 5la 大小的岛。就是在这么小的区域内，它也是自f ：排列的这说 | j i 。) ( ) 相珏作, t 羁x q 形成的作用j 迁很大的。 、。氧i i 及附最为2 o l 时，我们得到了清i 断的( 2 xt ) i 。f ! 卜i - ) 图像。图t4 ) 就是杓j 这个i 致附量f 得到的j 从陶上我们可以看剑大范围的有序结构。 砼4 、范嘲扫描得到的图( 4 ) b 中，：找们可以看到沿m 2 1i ) 方向 ：j ，j 锯齿状原 于链结构。原胞的大小为5 4 2 x 4 2 8a 。这和s c h w e g m a n n 的( 2 x1 ) p 2 m g 一2 【) 吸附州 模型足。一致的【3 1 。在巫高覆盖度的( 2 x1 ) p 2 m g 一2 0 吸附相时，氧原子的吸附位爵 为类h c p 。不i - l c ( 2 x 4 ) 一2 0 i 强附相不同的是， t i ( 2 x1 ) p 2 m g 2 0 l ：6 乏附相时，锯齿状的氧 原f 链填满了沿【1 2 10 1 方向的每一个沟槽【3 j 。这点可以从我们的s 1 m 图中清楚 的看到。 需要指出的是，在高覆盖度 2 x 】) p 2 m g 一2 ( ) 吸附相时的s 1 m 陶中的亮点被认 为时氧原子，而在低覆盖度c ( 2 x 4 ) 2 0 吸附相的s t m 图r 一和的亮点被认为是由相邻 的p q 个中心没有氧原子的钉原子构成的。吸附上去的氧原”r 在图中只是个黑色 l 基：域。娃然随着氧i 吸附量的增加，相对应的s t m 图发生了变化。这在其他人做的 0 吸附舀。 r u ( 0 0 01 ) 上的实验* r lr u 0 2 实验等实验上也有类似的结论h l2 14 】。 我们也做了相应的ue s n 试。图( 5 ) 最上面的一条足清沽钉表面的l i p s 潜， 另外两条分别是c ( 2 x 4 ) 2 0 和( 2 x1 ) p 2 m g 2 ( ) 吸附相时的l ip s 潜。0 2 p 态位于结合能 5 9 e v 处，在不同氧吸附量时基本没有发生什么位移。我们同时也注意到样品的 功函数发生了改变，消j - 主n 4 j - 仁，表丽的功函数为4 。4 e v ，而在较低氧吸附量的c ( 2 x 4 ) 一2 0 吸附相时功函数增加到4 9 e v 。到了较高吸附量的( 2 x1 ) p 2 n 1 驽。烈) 吸附柏时变成 5 1e vj ，功函数的改变我们认为是表面氧原子耦合引起的，随着表面氧原子的增 加，耦合效应也同时加大，表现为功函数的进。步加人。 利川刚m 和i p s 我们对不同氧1 1 及附鼍下的rl l ( 10 1 ( ) ) 表缸进行了研究。将清 沽的r t l ( 10 1o ) 在室温下吸附上0 4 和2 o l 的氧后，我们得到了c 1 2 x 4 ) 一2 0 和 ( 2 x1 ) p 2 m g 一2 0 两个吸附相的l e e d 图像。s t m 研究表明，红c 1 2 x 4 ) 一2 ( ) 吸附n n , l i i ( j 个r l l 原。f 彤成图像中的1 个亮点。而在此吸附相时发现的岛状位错表明0 一( ) 耷t - i q ：作用刈- j 钐成有序结果的作剧很大。 d - ( 2 x1 ) p 2 m g 一2 0 , 吸i f ；l , l du 寸，刚m 在li 。21ol 方向发现 锯齿状的氧链结构。 u p s 研究表u ) ： 0 2 p 所对应的峰出现在结合舢9 e v 。在c ( 2 x 4 ) 一2 0 吸附年n 阶 段功函数改变量为0 5 e v ，而到t ( 2 x 1 ) p 2 m g 一2 0 吸附相阶段则增加剑0 7 e v 。j 之 参考文献： i l1 ( 7 1 1 i i e d e n ，【) w ( i o o d r n a n ，1 i h y s c h e m 9 ( 1 i9 8 6 ) l3 6 0 1 2 11 ) 1 。l c 、k 1 a c o b i 、f h y s r e v b 5 5 ( 1 9 9 7 ) 4 7 51 1 川s s c h w e g m a n n 人p s e i t s o n e n ，vd er e n z i i d i e te i c h h b l u d a u m g i e r e r 【) v e l , k j a c o b i m s c h e e l ( i e r t i ，p h y s r e v b 5 7 ( 19 9 8 ) 15 4 8 7 f 4 ”。i o v e r y d k i m ，a p s e i t s o n e n s w e n d t e l u l - _ i d g r e n ，m s c h m i d ，p v a r g a a m o r g e n t e ， ( j ej t 1 s c i e n c e2 8 7 ( 2 0 0 0 ) i4 7 4 【5lj w a n g ，c y - f a n k 1 a c o b i ，g e r t l ，s u r es c i 4 81 ( 2 0 01 ) 1 13 1 6 ij w a n g ，( ：1 y f a n ，k j a c o b i ，g e r t l ，j p h y s c h e m b1 0 6 ( 2 0 0 2 ) 3 4 2 2 【7 1 f j t i m a d l e y i i f ：1 7 , n g c i h a r d t ，d m e n z e l s u t t ：s c i 4 8 ( 19 7 5 ) 3 0 4 i 8 1 卜s 1 , , a h m a n ，a b a n t o n n r a v e r y w t t w e i n b e r g p h y s 之c 1 c “5l ( 1 9 8 3 ) l q 7 n 川9w i m i t c h e l l y w a n g w s c h i c k ，w h w e i n b e r g c h e m p h w 2 ( 19 9 5 ) 8 i8 5 10 】k 1 k o s t o v m g s e t l rj a k o b ，1 一m o r i t z w w i d d r a 【) m e n z e i s u r l ：s c i 3 9 4 【l9 q 7 t f 13 8 1 _ j b ! l 1 1 1 j z h a n g 1 y 虬s n b a o i ) h e i - l i l a o p h y s r e v p , 6 8 ( 2 0 0 3 ) l2 5 4 1 ( ) ： 21 i w i n t t e l i i n j r o s t s r e n i s c h ，r s c h u s t e r g e r t l ，7 i lz a m b e l l i ，s u r f s c i 3 9 4 ( 19 9 7 ) l5 ( ) ：3 ”1 j z h a n g ，b 【，1 3 ，r - t t u y s r a o ，t t y l i ，s n b a o ，p h e ，i np r e p a r a t i o n f 14 jl j d i e b o l d j l e h m a n ，- i t - m a h m o u d m k u h n g l e o n a r d e l l i w 1 4 e b e n s t r c i t m s c h , n i d ，1 1 ： v a r g a s u r f s c i 41i ( 1q 9 8 ) lj 7 立。毒 附图说明： 图( 1 ) s c h m n a t i c a l l vs h o w l lm o d e ls t i u c t u r e so l ( a tr t l ( 1 ) 一1 ( j ) 一c ( 2 x 4 ) 一2 ( ) a n d h ) r u ( 10 一ii ) ) - ( 2 x1 ) p 2 i n g 一2 0d e t e r m i n e db yi j 亚di n t e n s i t ya n a l ) 。s i s l 讣l h eu n i tc e l l s a n dl a t e r a ll e c o n s t r u c t i o n sa l ci n d i c a t e d ( f o rd e t a i l s s e er o t i l3 1 ) 图2 ) s i 、mi m a g e st a k e no nt h ec ( 2 x 4 ) 一2 0p h a s e ：( a ) al a r g ea r e ao l a b o u l 5 0 0 x 5 0 0a ( 1 = ：o 15 n a a n dv s = 一1 2 5 v 1 ，ad o m a i nb o u n d a i yi si n d i c a t e db ya l la l t o w ：, ( b ) a ne n l a i g e da r e a ( 1 = 0 2 2 n a a n dv s = 一1 0 7 v ) ，t h ec ( 2 x 4 ) u n i tc e l li si n d i c a t e d 图( 3 ) s 1mi n r a g e ss h o w ( a ) ad o m a i nb o u n d a r ? a si n d i c a t e db a l la r r m tlb ja s n 3 a i li s l a n do t 、a b o u t16 x 51a 2a si n d i c a t e db yac i r c l e a n dt h em a i nb o u n d a r i e so t t h e i s l a n d a si n d i c a t e db x ? a na l t o k , f u na l o n et h e1 0 t0 2ld i r e c t i o n i nt h ec ( 2 x 4 ) 2 ( ) p h a s c ：b o t l li m a g e sw e r et a k c na ti 一( 1 2 7 n 人a n dv s 一i 0 3 va n dt h em o d e l sl o rt h e d o m a i nb o u n d a r yi nt h ec ( 2 x 4 ) , 2 0p h a s e ：i c ) t h eb c m n d a r 2 r 7r u n sa l o n gt h e1 0 10 2i d i r e c t i o n ：a n d ( d ) t h eb o u n d a r yr u n sa l o n gf 0