The adsorption of purine on Ge(100) has been investigated using Auger electron spectroscopy (AES), temperature-programmed desorption (TPD), scanning tunneling microscopy (STM) and the density functional theory (DFT) calculation. From the ratio of C(KLL) / Ge(MNN) Auger peak intensities, we find that the surface coverage of purine molecules increases with increasing the exposure and reached saturation after the dosing of 8 minutes (θ = 0.25 ML). In TPD spectra, both chemisorbed and physisorbed purine molecules are observed to be present at the temperature of 110 K. Chemisorbed purine molecularly desorbs at 620 K while physisorbed purine at 140 K. It is also found that Purine molecularly desorbed following the first order kinetics, and the desorption energy is 38.67 kcal/mol. The STM image shows that the adsorbed purine molecules reside between the the buckled dimmer rows and bind to the down Ge atoms of the dimers forming local c(4×2) and p(2×2) reconstructions. Accordiong to the DFT calculation based on a four-dimer Ge cluster, the energetcially most stable adsorption geometry is that purine is chemisorbed on Ge(100) making two dative bonds between two N-atoms of purine and down atoms in Ge dimer. These results are in good agreement with the the experimental results.
본 논문에서는 실온에서 Ge(100) 표면 위에 purine 분자들의 흡착에 관해서 오제전자분광법(AES), 열탈착분광법(TPD), 주사 터널링 현미경(STM), 그리고 밀도 함수 계산을 통해 연구하였다. C(KLL)와 Ge(MNN)의 오제 피크 비가 변화하는 것을 통해서 Ge 표면 위의 purine의 양이 증가하는 것을 확인하였고, 8분 이상 뿌려주면 표면이 포화상태가 되는 것을 확인 할 수 있었다. 한편 열탈착분광법을 통해서는 purine이 Ge표면과 안정한 화학적 결합을 하고 그 흡착 에너지가 38.67kcal/mol 이라는 것을 확인할 수 있었다. 주사터널링 현미경을 이용해서 purine 이 방향성(aromaticity) 의 손실 없이 Ge과 질소가 결합함으로써 전자가 부족한 Ge 원자에 붙는 다는 것을 알 수 있다. Purine 은 결합에 참여할 수 있는 비공유 전자쌍을 가진 질소를 세 개 가지고 있는데, 그 중에서 두 개의 질소가 Ge 원자와 결합을 형성하게 된다. 나머지 한 개의 질소는 전자가 많은 Ge 원자와 반발력을 일으키게 되고, 그 결과 기판의 c(4×2) 구조가 purine 이 흡착한 뒤로부터 부분적인 p(2×2) 구조를 형성하게 된다. 밀도 함수 계산법으로 Ge과 purine이 두 개의 결합을 형성하는 것이 에너지 적으로 안정하다는 것을 증명하였다.
