The adsorption structures and the molecular dynamic motions of vinylferrocene on Ge(100) have been studied using scanning tunneling microscopy (STM) under ultrahigh vacuum (UHV). The STM investigation revealed that vinylferrocene adsorbs onto the Ge(100) surface with three different geometries: Ge-Fe dative bonding configuration, di-σ boding configurations, and Ge-Cp configuration. The series of STM images for the Ge-Fe dative bonding configuration recorded in real time shows a molecular seesaw motion. The average life time of both centered and tilted features is determined based on first-order kinetics. The di-σ boding configurations produce chiral adsorption products. Vinylferrocene was employed as a prochiral molecule and it produced a dimeric enantiomer on the surface. For the Ge-Cp configuration, one-dimensional random walk in between two neighboring Ge dimer rows was observed. The appearance of these adsorption structures are likely to be induced by scanning STM tip. Electronic excitation of vinylferrocene by resonant tunneling electrons may be responsible for the adsorption on the Ge surface.
초고진공 하에서 주사 터널링 현미경 (scanning tunneling microscopy, STM) 을 이용하여 반도체 물질 중 하나인 Ge(100) 표면에서 대표적인 유기 금속화합물인 ferrocene 유도체의 흡착 구조와 분자 운동에 대하여 연구하였다. 문턱 전압 이하 $(V_S< - 0.8 V)$ 에서 vinylferrocene 분자는 표면에서 무작위로 움직이는 물리흡착을 하는 것으로 보이지만, 문턱 전압 이상 $(V_S\ge-0.9 V)$ 에서는 분자가 세가지 다른 구조로 표면에 화학 흡착하는 것으로 관찰 되었다. 먼저 Ge-Fe 배위 결합 구조의 경우, 분자가 seesaw 운동을 하는 것이 연속적인 STM 이미지를 분석함으로써 확인 되었다. Cp 가 내려가는 쪽 dimer 의 buckling 이 대칭적으로 바뀌는 것으로 보아 이러한 seesaw 운동은 Cp 와 down-Ge atom 사이에서 일시적으로 작용하는 정전기적 인력에 기인한다고 생각된다. Seesaw 운동에서 centered 와 tilted 상태에 대한 평균 lifetime 이 1차 동역학을 이용한 통계적 접근을 통해 결정 되었다. di-σ 결합 구조의 경우, 표면에서 거울상 이성질체를 형성하는 키랄흡착의 특성을 보였다. 끝으로 Ge-Cp 구조의 경우, 두 개의 dimer row 사이에서 선형 운동을 하는 것으로 관찰되었다. 이처럼 STM 팁에 의해 유도된 흡착은 주사 전압에 강하게 의존하는 특징을 보이는 반면, 팁과 표면 사이의 거리 변화에는 의존하지 않는 것으로 나타났다. 그러므로 우리는 공명 터널링 전자 (resonant tunneling electron) 에 의한 전자적 여기가 초기 흡착단계에서 관여되는 메커니즘을 제안한다.
