The interaction of Fe overlayers with CO on a stepped Cu(111) surface was investigated by thermal desorption spectroscopy and low energy electron diffraction. The Cu surface cut 8° off (111) plane in direction [11$\overline{2}$] has regularly ordered steps in direction [1$\overline{1}$0] and approximately 8 atoms-wide terrace planes. CO titration method was used to probe the bare Cu surface that was not covered with Fe overlayers after Fe deposition. According to the results, CO desorption from steps disappears much faster than that from terraces as the Fe coverages increase at the substrate temperatures of 110K and 200K. However, at room temperature, the ratio between CO desorption from steps and terraces increases steadily with increasing Fe coverages. Since Fe atoms grown on the surface were reported to prefer steps to terraces from very submonolayer coverages even at room temperature, the observed results were explained with the size distribution of Fe islands as a function of substrate temperatures. CO desorption from Fe overlayers (Fe-α) was found to give additional informations on the facets of 3-dimensional Fe islands which varied their shapes with increasing Fe deposition temperatures. When oxygen is exposed to the stepped Cu(111) surface at the substrate temperature lower than 200K, CO desorption spectra and LEED patterns suggest that oxygen adsorbs on the terraces as well as the steps of the Cu substrate without serious changes in the periodic step arrangements. At room temperature, however, LEED results indicate that the adsorbed oxygen atoms induce some changes in the regular surface step structures, which is attributed to be the result of step migrations. Fe grown on the O pre-adsorbed Cu surfaces seems to incorporate oxygen into the Fe islands to form Fe oxide. Thermal and photoinduced decomposition of $Fe(CO)_5$ adsorbed on the 8°-off Cu(111) surface at 100K and room temperature were investigated using TDS and LEED. At low $Fe(CO)_5$ exposures, CO desorption peak appears only at 350 K. With increasing coverages, CO desorption peaks at 175 K and 280K begin to increase. The peak at 280K can be attributed to the desorption of $Fe(CO)_5$ which is produced by the recombination of $Fe(CO)_x$ x=1~4) and adsorbed CO and the peak at 350K is due to the decomposition of $Fe(CO)_5$ at the surface, which yields Fe atomic layers on the stepped surface. When $Fe(CO)_5$ is exposed to the surface at room temperature, CO desorption peaks appear only at 350K. This study has revealed again that the CO titration method can be used to obtain complementary informations on the growth properties of Fe on Cu surfaces.
계단식 구조를 가지고 있는 Cu(111) 표면 위에 Fe 층을 성장시킨 후 이들의 상호 작용에 관하여 저에너지 전자 회절과 열탈착 분광법을 이용한 연구를 하였다. 단결정 Cu(111) 면을 [11$\overline{2}$] 방향으로 약 8° 기울여 잘라 생긴 면은 [1$\overline{1}$0] 방향으로 단원자 층의 (11$\overline{1}$)면의 계단과 약 8원자 정도의 폭을 갖는 (111) 면의 테라스가 주기적으로 반복된 계단식 구조를 하고 있는 면이 얻어진다. 이 Cu 표면에 흡착시킨 CO분자들은 표면의 계단에 위치한 흡착자리에 흡착했는지 또는 테라스에 있는 흡착자리에 흡착했는지에 따라 그 탈착 온도가 서로 다르기 때문에 일정한 양의 CO를 표면에 흡착시킨 후 탈착 시켜서 그 양을 측정하면 표면의 계단과 테라스의 영역의 비를 간접적으로 알 수 있다. 이 표면에 Fe의 원자층을 성장시키면 Fe에 흡착한 CO는 훨씬 높은 온도에서 탈착하므로 Cu 표면에 흡착한 CO와 구별이 되며 따라서 성장한 Fe층의 모양에 따라서 Fe층에 덮이지 않고 표면에 노출된 Cu의 흡착자리의 분포가 달라지므로 이 노출된 Cu 표면에서 탈착하는 CO 분자들을 검출하면 간접적으로 Fe이 Cu 표면에 어떤 모양으로 덮여 있는지 알수 있다. 이 CO 분자의 열탈착 실험 결과를 요약하면 Cu 표면의 온도가 낮으면 낮을 수록 Fe 원자들이 Cu의 계단자리에 가서 모이는 경향이 있다. 그리고 표면의 온도가 올라가서 상온에 이르면, Fe 원자들이 계단자리에 가서 모이는 경향이 거의 없어지는 것으로 나타났는데 이는 온도에 따라 표면에 생성되는 Fe island의 크기가 상온에서는 매우 크다는 다른 연구 결과로 부터 해성이 가능하다. 이 계단식 표면에 산소 분자를 뿌리면 깨져서 원자상태로 흡착하는데 표면의 온도가 약 200K 보다 낮으면 표면의 계단 뿐만 아니라 테라스도 동시에 흡착시키는 것으로 나타났다. 그러나 표면의 온도가 상온에 이르면 산소 원자가 Cu 표면의 계단에 더 잘 가서 흡착하는 경향이 더 큰 것으로 나타났다. 하지만 상온에서는 산소의 흡착과 함께 동시에 계단식 표면 구조에도 변화가 있는 것으로 나타났는데 문헌에 의하면 표면에 계단들이 한곳에 모여서 나타나는 "step bands"나 또는 faceting에 기인한 것으로 생각된다. 산소가 흡착한 계단식 표면에서는 표면의 온도가 110K인 경우에도 Fe 원자들이 산소와 반응하여 산화철을 만드는 것으로 나타났다. $Fe(CO)_5$를 표면에 흡착시킨 경우에는, 커버리지가 낮을 때는 약 350K에서의 CO피크만 보이다가 커버리지가 증가하면 할수록 175K와 280K의 피크가 증가하는데, 이때 280K의 피크는 분자상태의 $Fe(CO)_5$가 탈착하면서 나오는 CO에 의한 피크이며 350K의 피크는 표면에서 $Fe(CO)_5$이 분해하여 Fe의 metallic layer를 만들면서 탈착하는 CO에 기인한 것이다. 이 표면에 UV를 조사하면 표면에 남는 $Fe(CO)_5$의 흡착 화학종에 변화가 생기는데 이로 부터 표면에 생성되는 Fe의 island를 조절할 수 있는 가능성이 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과, CO titration을 이용한 연구 방법이 Fe/Cu계에서 Cu표면에 Fe의 성장을 연구하는데 매우 유용함을 알 수 있었다.
