Construction of RAIRS
Reflection absorption infrared spectroscopy (RAIRS) is a very powerful tool for probing vibrations of adsorbed molecules on clean single crystal surface. Since the energy of certain vibrational mode depends on the functional group of molecule, RAIRS is an ideal technique for determining both the nature of the adsorbate species and also its adsorption site and orientation at surfaces. We assemble all apparatuses de-signed and manufactured for incorporating the FT-IR capability into UHV system, and the spectrometer is coupled to a liquid nitrogen cooled narrow band MCT detector which gives an accessible spectral range of 800 - 4000 cm-1. We could obtain highly surface-sensitive RAIRS spectra of organic molecules on Cu(110) surface under UHV conditions.
Self-Assembled and Field-Induced Structures of Glutaric acid on Cu(110)
We have investigated the adsorption structures of glutaric acid (HOOC-(CH2)3-COOH) on the Cu(110) surface as a function of coverage by using scanning tunneling microscopy (STM) and reflection-absorption IR spectroscopy (RAIRS). Above a critical coverage, the molecules self-assemble on Cu(110) into three kinds of well-organized structures at room temperature. In contrast, glutaric acid molecules diffuse freely on Cu(110) at low coverages, and so cannot form ordered structures. Interestingly, we were able with STM to fabricate novel ordered structures of glutaric acid that cannot naturally occur at room temperature. We con-clude that this new structure is created through field-induced assembly.
Self-Assembled Structures of Glutamic acid on Cu(110)
In the present study, we have investigated the self-assembled structures of glutamic acid on Cu(110) as a function of coverage. At low coverage, we can identify row structure in STM image and it is composed of two-lobe feature representing a single molecule. Based on the RAIRS spectra, we could conclude that glutamic acid molecule is anchored to the surface via three functionalities (two carboxylate groups and one amine group). In contrast, at high coverage, the molecules are adsorbed through two carboxylate groups and amine group is no longer lying parallel to the surface. And, STM image shows a glutamic acid molecules are self-assembled into three different kinds of structures (row structure, pore structure and ladder structure) at high coverage.
Functional Group-Selective Adsorption of a Bi-Functional Molecule Using STM
In this study, we have selectively enhanced two kinds of adsorptions of 3-mercapto isobutyric acid on a Ge(100) surface using the electronic property of an STM and the catalytic property of an STM tip, respec-tively. 3-Mercapto isobutyric acid has two functional groups, a carboxylic acid group at one end of the mole-cule and a thiol group at the other end. It was found that the adsorption through the carboxylic acid group was selectively enhanced by applying electrons tunneling between a scanning tunneling microscopy (STM) tip and the surface. Using this enhancement, it was possible to make thiol group-terminated surfaces in any desired location. In addition, as using the tungsten (W) STM tip coated by a tungsten oxide (WO3) layer, we have selectively catalyzed the adsorption through the thiol group. Using this catalysis, it was possible to generate carboxylic acid group-terminated surfaces at any desired location. This functional group-selective adsorption of bi-functional molecules using an STM could be applied in positive lithographic methods to produce semiconductor substrates terminated by desired functional groups.
초고진공 퓨리에변환 적외선분광기의 제작
퓨리에변환 적외선분광기는 분자가 어떠한 화학결합으로 이루어져 있는지 분석할 수 있는 가장 효과적인 분광 장비이지만, 액상이나 파우더 상태의 샘플만 분석이 가능한 한계가 있다. 단결정 표면에서 분자들의 흡착 구조를 분석하기 위해서는 표면 응용을 위한 새로운 시스템이 필요하기 때문에, 학위 기간 중 단결정 표면 분석용 초고진공 퓨리에변환 적외선분광기를 제작하였다. 이를 이용하여, Cu(110) 단결정에서 glutaric acid와 glutamic acid와 같은 유기 분자의 흡착시 생성되는 화학결합을 분석하는데 성공하였다.
Cu(110)에서 glutaric acid의 자기조립 구조체 연구
Cu(110) 표면 위에서 glutaric acid의 커버리지에따른 흡착구조를 주사 터널링 현미경과 초고진공 퓨리에변환 적외선분광기를 이용하여 연구하였다. Gluaric acid는 특정 커버리지 이상에서 세가지 다른 도메인으로 잘 정렬된 구조가 형성된 반면, 아주 낮은 커버리지에서는 분자들이 표면에서 자유롭게 움직이기 때문에 정렬된 구조체를 형성할 수 없다는 것을 확인하였다. 하지만 주사 터널링 현미경 팁과 표면사이의 전기장을 이용해 반복적인 스캔으로 낮은 커버리지에서도 새로운 정렬된 구조체를 형성시킬 수 있다는 것을 밝히었다.
Cu(110)에서 glutamic acid의 자기조립 구조체 연구
본 연구에서는, Cu(110) 표면 위에서 glutamic acid의 커버리지에따른 흡착구조를 주사 터널링 현미경과 초고진공 퓨리에변환 적외선분광기를 이용하여 확인하였다. Glutamic acid가 낮은 커버리지에서는 row 구조를 이룬다는 것을 주사 터널링 현기경을 통해 확인하였고, 퓨리에변환 적외선분광기를 통해 두개의 카복실기 그룹과 한 개의 아민그룹으로 표면에 흡착해있다는 사실을 밝히었다. 반면, 아민그룹의 scissoring 진동모드에 의한 픽을 통해 높은 커버리지에서는 두개의 카복실기 그룹만이 표면에 흡착해있다는 것을 알 수 있었다. 또한 이때의 구조체는 세가지 다른 구조 (row 구조, pore구조, ladder 구조)를 보인다는 것을 주사 터널링 현미경을 통해 확인하였다.
주사 터널링 현미경을 이용한 이작용기 분자의 작용기 선택적 흡착 유도
이 연구에서는 주사 터널링 현미경의 전기적 성질과 주사 터널링 현미경 탐침의 촉매적 성질을 각각 이용하여 Ge(100) 표면에서 3-멀켑토 이소부틸릭산 분자가 선택할 수 있는 두 종류의 표면 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었다. 우선 주사 터널링 현미경 탐침과 표면 사이에 터널링 전자를 조사함으로써 카르복실산 작용기를 통한 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었고, 이를 이용해 원하는 지역에 싸이올 작용기로 뒤덮인 영역을 만들 수 있었다. 또한, 텅스텐 산화물로 덮인 주사 터널링 현미경 탐침을 사용함으로써, 싸이올 작용기를 통한 흡착을 선택적으로 증가시킬 수 있었으며, 이 촉매 작용을 이용하여 카르복실산 작용기로 뒤덮인 영역을 원하는 곳에 만들 수 있었다. 이러한 주사 터널링 현미경을 이용한 이작용기 분자의 작용기 선택적인 표면 흡착 제어 연구는 원하는 작용기로 뒤덮인 반도체 표면을 제작하는데 응용될 수 있다.
