In this thesis the surface structure of polycrystalline Fe films of 5, 50, 200 and 300 nm thickness on glass substrate are studied using a Ti:sapphire laser at 780 nm. We found that the surface structure possesses $C_s$ crystal structure pretty close to $C_{2v}$ through considering symmetry. We present one-fold intensity profile with one mirror plane in SH intensity as proof of $C_s$ symmetry. $C_s$ and $C_{2v}$ surface symmetry are usually showed at the (110) surface of cubic crystal. Therefore this surface would be related to bcc (110) growth orientation coinciding with XRD measurement. Further we treated surface SH asymmetry using Second-Harmonic Generation (SHG) method with various thickness. SH asymmetry increased with increasing thickness. For these results, it is concluded that the surface structure of very thin polycrystalline Fe film below 5 nm is almost isotropic, while in the case of the thicker Fe thin films, surface structure possesses the symmetry closer to $C_s$ structure close to $C_{2v}$.
점 대칭이 있는 물질의 표면이나 계면에서 점 대칭의 깨짐 현상으로 나타나는 이차조화파를 이용한 표면 및 계면의 연구가 활발히 진행되어왔다. 반사되는 이차조화파를 측정함으로써 혹은 투과하는 이차조화파를 측정함으로써 표면이나 계면의 전기적 성질이나 결정학적 성질을 연구하기에 이차조화파 실험은 매우 유용한 실험방법이다.
현재까지 주로 대칭등급이 높은 즉, 대칭 작용자를 많이 소유하는 물질의 표면에 대해서만 주로 결정학적 연구가 진행되어 왔고 그런 물질에 대해서는 거의 실험적이나 이론적으로 정립이 되어있는 상태이다. 그러나 산업적으로 더 많이 이용되고 있는 다결정 물질과 같은 대칭등급이 낮은, 즉 대칭 작용자를 많이 소유하지 않은 물질에 대해서는 표면의 결정학적 연구가 많은 진보를 거듭하지 않았다. 이런 면에서 다결정 물질의 표면의 거시적은 결정학적 성격의 탐구는 앞으로 표면 및 결정 경계에 대한 연구에 급진적 발전을 가져다 줄 것이다.
표면의 거시적인 결정학적 성질을 연구할 수 있는 유일한 측정 시스템인 이차조화파 시스템을 사용하여 우리는 유리기판 위에 쌓은 다결정의 철 박막의 표면의 결정학적 성질을 연구하였다. 광학 평면에 수직 혹은 수평인 편광을 사용하여 이차조화파의 세기를 측정함으로써 그 물질의 표면의 거시적인 결정학적 상태가 $C_s$의 결정 분류에 해당하는 것을 발견하였다. 이차조화파의 세기를 살펴보면 하나의 거울 면이 존재한다. 그것은 표면이 $C_s$, $C_{3h}$, $D_{3h}$ 이 세 개의 결정 분류 중에 하나에 속한다는 것을 의미한다. 그리고 이차조화파의 세기가 정현파라는 것은 $C_s$, $C_2$ 중에 하나임을 의미한다. 그래서 두 결정 분류의 교집합인 $C_s$ 가 우리가 측정한 물질의 표면에 해당하는 결정분류임을 확인하였다. 그리고 전기 편극률의 상대적 세기를 조사함으로써 그 는 에 매우 가깝다는 것을 알 수 있었다. 와 는 모두 단결정 물질의 (110)의 표면이 가질 수 있는 결정 분류이다. 이것은 다결정 물질에서 성장방향과 표면의 결정상태가 매우 밀접한 관계를 가진다는 것을 보여주는 최초의 실험적 증거이다.
표면의 정규화된 이차조화파의 비대칭성을 조사함으로써 철 박막의 두께변화에 따른 물질 표면의 결정상태를 조사하였다. 두께가 증가함에 따라 물질표면의 비대칭성이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 두께가 5 nm의 철의 표면은 거의 등방성이지만 두께가 증가하면서 등방성에서 멀어지는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구 결과를 통하여 물질의 성장에 대한 물리를 표면에서 보는 관점에서 그리고 물질 내부의 결정학적 상태와 표면의 결정학적 상태의 연관성의 단서를 제공해 준다는 점에서 꽤 많은 기여를 할 것으로 기대된다.
