扫描隧道显微镜针尖调制的薄膜表面的原子扩散

黄仁忠; 刘柳; 杨文静

doi:10.7498/aps.60.116803

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摘要

采用原子尺度的模拟方法,探讨了在零偏压下扫描隧道显微镜(STM)针尖调制的金属表面岛上原子运动及岛边的层间质量输运. 研究结果显示STM的移动对岛上及岛边的原子扩散有重要的影响. 针尖与吸附原子的交互作用及岛和基体中强的形状变化影响了岛上吸附原子的跳跃扩散及岛边的跳下扩散和交换扩散过程. 研究发现,通过调节针尖与基体的垂直距离及针尖与吸附原子的水平距离,可以降低岛上吸附原子的跳跃扩散能垒及岛边的跳下扩散和交换扩散能垒,从而实现薄膜由三维生长模式向二维生长模式的转变.

关键词:

作者及机构信息

1.
沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳 110034;

2.
德国马克思-普朗克微结构物理研究所,哈勒 D-06120

基金项目: 辽宁省自然科学基金(批准号: 20102208)和沈阳师范大学博士启动基金(批准号: 054-55440106014)资助的课题.

参考文献

[1]	Zhang Z, Lagally M G 1997 Science 276 377
[2]
[3]	Stepanyuk V S, Bazhanov D I, Baranov A N, Hergert W, Dederichs P H, Kirschner J 2000 Phys. Rev. B 62 15398
[4]
[5]	Eigler D M, Schweizer E K 1990 Nature 344 524
[6]	Zhang H G, Mao J H, Liu Q, Jiang N, Zhou H T, Guo H M, Shi D X, Gao H J 2010 Chin. Phys. B 19 018105
[7]
[8]
[9]	Hla S W, Braun K F, Wassermann B, Rieder K H 2004 Phys. Rev. Lett. 93 208302 Bartels L, Meyer G, Rieder K H 1997 Appl. Phys. Lett. 71 213
[10]	Oyabu N, Custance O, Yi I, Sugawara Y, Morita S 2003 Phys. Rev. Lett. 90 176102
[11]
[12]	Krpick U, Rahman T S 1999 Phys. Rev. Lett. 83 2765
[13]
[14]
[15]	Dujardin G, Mayne A, Robert O, Rose F, Joachim C, Tang H 1998 Phys. Rev. Lett. 80 3085
[16]	Huang R Z, Stepanyuk V S, Kirschner J 2008 New J. Physics 10 083044
[17]
[18]	Levanov N A, Stepanyuk V S, Hergert W, Bazhanov D I, Dederichs P H, Katsnelson A A, Massobrio C 2000 Phys. Rev. B 61 2230
[19]
[20]	Huang R Z, Stepanyuk V S, Kirschner J 2006 J. Phys.: Condens. Matter 18 L217
[21]
[22]
[23]	Wildberger K, Stepanyuk V S, Lang P, Zeller R, Dederichs P H 1995 Phys. Rev. Lett. 75 509
[24]	Stepanyuk V S, Klavsyuk A L, Niebergall L, Saletsky A M, Hergert W, Bruno P 2005 Phase Transit. 78 61
[25]
[26]
[27]	Cleri F, Rosato V 1993 Phys. Rev. B 48 22
[28]	Rosato V, Guillope B, Legrand B 1989 Phil. Mag. A 59 321
[29]
[30]	Stepanyuk V S, Klavsyuk A L, Hergert W, Saletsky A M, Bruno P, Mertig I 2004 Phys. Rev. B 70 195420
[31]
[32]
[33]	Sastry K, Johnson D D, Goldberg D E, Bellon P 2005 Phys. Rev. B 72 085438
[34]
[35]	Ju S P, Lo Y C, Sun S J, Chang J G 2005 J. Phys. Chem. B 109 20805
[36]
[37]	Yu B D, Scheffler M 1997 Phys. Rev. B 56 R15569
[38]	Stepanyuk V S, Bazhanov D I, Hergert W, Kirschner J 2001 Phys. Rev. B 63 153406
[39]

施引文献

[1]	Zhang Z, Lagally M G 1997 Science 276 377
[2]
[3]	Stepanyuk V S, Bazhanov D I, Baranov A N, Hergert W, Dederichs P H, Kirschner J 2000 Phys. Rev. B 62 15398
[4]
[5]	Eigler D M, Schweizer E K 1990 Nature 344 524
[6]	Zhang H G, Mao J H, Liu Q, Jiang N, Zhou H T, Guo H M, Shi D X, Gao H J 2010 Chin. Phys. B 19 018105
[7]
[8]
[9]	Hla S W, Braun K F, Wassermann B, Rieder K H 2004 Phys. Rev. Lett. 93 208302 Bartels L, Meyer G, Rieder K H 1997 Appl. Phys. Lett. 71 213
[10]	Oyabu N, Custance O, Yi I, Sugawara Y, Morita S 2003 Phys. Rev. Lett. 90 176102
[11]
[12]	Krpick U, Rahman T S 1999 Phys. Rev. Lett. 83 2765
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[14]
[15]	Dujardin G, Mayne A, Robert O, Rose F, Joachim C, Tang H 1998 Phys. Rev. Lett. 80 3085
[16]	Huang R Z, Stepanyuk V S, Kirschner J 2008 New J. Physics 10 083044
[17]
[18]	Levanov N A, Stepanyuk V S, Hergert W, Bazhanov D I, Dederichs P H, Katsnelson A A, Massobrio C 2000 Phys. Rev. B 61 2230
[19]
[20]	Huang R Z, Stepanyuk V S, Kirschner J 2006 J. Phys.: Condens. Matter 18 L217
[21]
[22]
[23]	Wildberger K, Stepanyuk V S, Lang P, Zeller R, Dederichs P H 1995 Phys. Rev. Lett. 75 509
[24]	Stepanyuk V S, Klavsyuk A L, Niebergall L, Saletsky A M, Hergert W, Bruno P 2005 Phase Transit. 78 61
[25]
[26]
[27]	Cleri F, Rosato V 1993 Phys. Rev. B 48 22
[28]	Rosato V, Guillope B, Legrand B 1989 Phil. Mag. A 59 321
[29]
[30]	Stepanyuk V S, Klavsyuk A L, Hergert W, Saletsky A M, Bruno P, Mertig I 2004 Phys. Rev. B 70 195420
[31]
[32]
[33]	Sastry K, Johnson D D, Goldberg D E, Bellon P 2005 Phys. Rev. B 72 085438
[34]
[35]	Ju S P, Lo Y C, Sun S J, Chang J G 2005 J. Phys. Chem. B 109 20805
[36]
[37]	Yu B D, Scheffler M 1997 Phys. Rev. B 56 R15569
[38]	Stepanyuk V S, Bazhanov D I, Hergert W, Kirschner J 2001 Phys. Rev. B 63 153406
[39]

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扫描隧道显微镜针尖调制的薄膜表面的原子扩散

1. 沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳 110034;

2. 德国马克思-普朗克微结构物理研究所,哈勒 D-06120

基金项目:

辽宁省自然科学基金(批准号: 20102208)和沈阳师范大学博士启动基金(批准号: 054-55440106014)资助的课题.

收稿日期: 2010-12-06

修回日期: 2011-01-29

刊出日期: 2011-11-15

摘要: 采用原子尺度的模拟方法,探讨了在零偏压下扫描隧道显微镜(STM)针尖调制的金属表面岛上原子运动及岛边的层间质量输运. 研究结果显示STM的移动对岛上及岛边的原子扩散有重要的影响. 针尖与吸附原子的交互作用及岛和基体中强的形状变化影响了岛上吸附原子的跳跃扩散及岛边的跳下扩散和交换扩散过程. 研究发现,通过调节针尖与基体的垂直距离及针尖与吸附原子的水平距离,可以降低岛上吸附原子的跳跃扩散能垒及岛边的跳下扩散和交换扩散能垒,从而实现薄膜由三维生长模式向二维生长模式的转变.

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