Electronic and Magnetic Properties of Fe/W(100) Studied by ARUPS
Electronic and magnetic properties of ultrathin films Fe grown on W(100) substrate at 298 and 400 K as a function of Fe films thickness (1~4.0 ML ) have been characterized using angle-resolved ultra-violet photoemission spectroscopy (ARUPS). We have found the change of growth mode depending on the substrate temperature (at 298 and 400 K) and a thermally stable layer(1.0 or 2.0 ML) obtained by annealing to 900 K after Fe deposition at room temperature, which is a controversial issue. The electronic band structure and magnetic properties as functions of Fe coverage and substrate temperature has been investigated with the different spectra for clean W(100) spectrum in normal emission mode and work function change by angle resolved ultra-violet photoemission spectra.
Observation of Unconventional Metal-Insulator Phase Transition of Ce/Si(111): Thickness Driven Phenomena
The metal-insulator phase transition has been found at the surface of Ce on Si(111) as a function of Ce thickness. The existence of insulating phase at a critical coverage was clearly observed using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning tunneling microscopy (STM), and scanning tunneling spectroscopy (STS). We observed a huge binding energy shift(about 2.7 eV) in XPS, and the band gap (0.8 eV) in STS at this critical coverage. Its origin is still not quite clear, however this can be expected to originate from the localization of Ce layers or the surface relaxation as is the case in Sb on GaAs(110).
Step Meandering Induced by Ce Silicide Formation on Si(111) Using XPS and STM
Rare earth Ce silicide on Si(111) can be prepared by the deposition of Ce atoms on Si(111) above 500 ℃. We report the formation and diffusion process of the Ce silicide formed by the initial (less than 4.0 ML) adsorption of Ce atoms on Si(111) followed by annealing to 500 ℃ using x-ray photoelectorn spectroscopy (XPS) and variable temperature Scanning Tunneling Microscopy (VT-STM). Below 2.0 ML Ce coverage, we find Ce atoms which evenly adsorbed over the terrace of Si(111) move to the step edge of Si(111) and diffuse into the step edges by forming Ce silicide at 500 ℃. The meandering of the Si step structure takes place as a result of Ce silicide formation. Dendrite structures due to the Ce silicide formation are also observed upon 3.3 ML Ce adsorption followed by annealing to 500 ℃.
각도 분해 자외선 광전자 분광기를 이용한 Fe/W(100) 시스템의 전자 및 자기 특성
큰 격자 불일치 값 (9.4 %)을 가지는 철과 텅스텐 시스템은 철이 텅스텐 위에 층 간 성장으로 잘 자라는 것으로 알려져 불균질계 (heterogeous system) 에 대한 연구에 많은 관심을 불러 일으켰다. 철 두께의 변화에 따른 Fe/W(100) 시스템에서의 전자 및 자기적 특성을 각도 분해 자외선 광전자 분광기 (ARUPS) 를 이용하여 연구하였는데, 철은 상온 (298 K) 에서 섬 성장 (island growth) 을 400 K 에서는 층 간 성장 (layer-by-layer growth) 을 하는 것으로 알려졌다. 본 실험에서는 각도 분해 자외선 광전자 분광기를 이용하여 세 가지 논점에 대한 결과를 얻었다. 첫째는, 성장 특성에 관한 것으로 텅스텐 기판의 온도에 따라 다른 성장 구조를 갖는 것으로 확인되었다. 즉, 기판을 가열하지 않은 상온에서 철을 증착 시켰을 때에는 섬 성장 (island growth) 구조를 따르고, 기판을 400 K 로 가열한 상태에서 철을 증착시켰을 경우에는 층 간 성장 (layer-by-layer) 구조를 따르는 것으로 확인되었다. 둘째는, 철 두께에 따른 자기적 특성의 변화이다. 즉, Fe/W(100) 시스템은 1.0 ML 에서는 역강자성(antiferromagnetism) 을 띠고 2.0 ML 이상에서는 강자성 (ferromagnetic) 을 띠는 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 각도 분해 자외선 분광기를 이용하여 철을 증착시켰을 때의 스펙트럼과 깨끗한 텅스텐 스펙트럼의 차이 스펙트럼에서 두 피크의 차이를 이용하여 두 자기적 특성을 비교하였다. 마찬가지로 철 두께의 변화에 따른 일 함수 차이를 이용하여 두 자기적 특성을 비교하여, 1.0 ML 와 2.0 ML 이상의 철 두께를 가지는 시스템이 서로 다른 자기적 특성을 갖는 다는 것을 확인하였다. 마지막으로, 철을 상온에서 증착시킨 후에 텅스텐 기판을 다시 900 K 로 가열하여 텅스텐 위에 증착된 철의 두께가 얼마나 되는지, 다시 말해서, 이 시스템에서 열 적으로 안정한 두께가 얼마나 되는지를 확인해 보았다. 실험 결과 두층의 철이 텅스텐 위에 안정적으로 증착되어져 있는 것을 확인하였다.
Ce/Si(111) 시스템에서의 예측되지 않은 금속-절연체의 상전이 관찰: 두께에 의한 현상
대부분의 실리콘 (111) 표면 위에 증착된 희토류 금속들은 금속 특성을 가지는 실리사이드를 형성하는 것으로 알려져 있는데, 유로피움 (Eu) 과 이터비움 (Yb) 은 준 금속 (semimetallic) 적인 특성을 나타난다. 흥미로운 것은 상온에서 증착시킨 세륨 (Ce)은 절연체의 특성을 나타난다는 것이다. 더욱 흥미로운 사실은 이 시스템이 모든 세륨 두께에서 나타나는 것이 아니라 어떤 특정 두께 (3.5~ 4.5 ML) 에서만 나타난 다는 것이다. 이와 같은 예측하지 못했던 금속-절연체 상전이를 x-선 광전자 분광기에서는 거대한 결합에너지 이동으로, 주사형 터널링 현미경으로는 절연체에서만 나타나는 희미한 이미지를, 주사형 터널링 분광법으로는 금속 특성에서는 나타나지 않은 띠차이 (band gap) 으로 확인하였다. 이러한 상전이는 양자 크기 효과 (quantum size effect) 에 의해 나타나는 성질로 예상되어진다.
x-선 광전자 분광기, 주사 터널링 현미경 및, 주사터널링 분광법을 이용한 실리콘 (111) 표면위에서의 세륨 실리사이드 형성에 의한 계단 굴곡
실리콘 (111) 표면위에 흡착된 세륨은 약 500 500℃ 이상에서 실리사이드를 형성하는 것으로 알려져 있다. x-선 광전자 분광기와 주사형 터널링 현미경을 이용하여 다양한 세륨 두께에 따른 실리사이드 형성과 발산 (diffusion) 과정에 대한 메커니즘에 대한 연구를 하였다. 상온에서 세륨을 실리콘 (111) 표면 위에 증착시킨 후에 여러 온도로 기판을 가열하여 세륨과 실리콘간의 상호 작용을 살펴보았는데, 2.0 ML 이하에서는 다음과 같은 과정을 거쳐 실리사이드가 형성되는 것을 보았다. 먼저 상온에서 증착된 세륨은 테라스와 계단 부분에 같이 흡착되어 있다가 기판을 가열하기 시작하면 기판의 계단 쪽으로 움직이기 시작한다. 그리고, 가열을 계속 해주면 계단의 틈새를 통해 실리콘 기판 속으로 기어 들어가 안정한 실리사이드를 형성하는 것을 관찰하였다. 이런 실리사이드 형성과정 중에 계단이 많은 굴곡이 생기는 현상을 볼 수 있었다. 기존에 발표된 결과와는 달리 기판을 가열한 후에 표면이 실리콘 (111) 의 깨끗한 표면인 7 × 7 구조가 나타나 있는 것을 볼 수 있었다. 2.0 ML 이상의 세륨을 증착시켰을 때에는 갈기 (dentrite) 구조를 나타내는 실리사이드의 형성을 볼 수 있었는데, 이 두께에서도 마찬가지로 앞선 메커니즘과 같은 순서에 의해 안정한 실리사이드가 형성되는 것을 관찰 할 수 있었다.
