Fases de Antimonio crecidas en superficies de Ag (111)

SANCHEZ, ESTEBAN A.; GRIZZI, OSCAR; CANTERO, ESTEBAN D.

Mendoza

Congreso; I Congreso Interuniversitario I+D+i Mendoza; 2021

La capacidad de fabricar ymanipular materiales 2D es un campo de creciente interés en la comunidadcientífica, no sólo por las propiedades fundamentales de estos nuevos sistemas,sino también para la amplia variedad de aplicaciones potenciales en diferentesáreas, que van desde la optoelectrónica hasta la medicina, entre otras.Una de estas áreas deinvestigación está dirigida a la fabricación de películas ultradelgadas conmateriales tales como silicio, germanio, antimonio, etc, para lograr formarestructuras de siliceno, germaneno, antimoneno, etc, similares a las delgrafeno para el caso del carbono. Como estos materiales no formanespontáneamente esas estructuras como ocurre con el grafeno, una de lasestrategias de crecimiento es mediante evaporación de dichos elementos encondiciones de ultra alto vacío (UHV) en superficies poco reactivas como la delos metales nobles, y que tengan una estructura atómica cercana a la de losmateriales que se pretenden crecer. De esta forma el sustrato actúa como un?maple de huevos? donde puedo acomodar los átomos y ?forzar? a formar estasnuevas estructura.Aunque la investigación sobrela fabricación de materiales de baja dimensionalidad ha avanzado rápidamente envarias áreas específicas, la caracterización de películas con espesoresinferiores a algunas pocas capas atómicas todavía representa un gran desafío. Nuestrogrupo ya ha presentado resultados del crecimiento de germanio en superficies deAu y Al, y de antimonio en Au en sus caras (111), con coberturas que van desdefracciones de monocapa (MC) hasta una pocas capas atómicas.Las técnicas principales decaracterización sensibles a estos espesores son las de difracción de electroneslentos (LEED), y de dispersión de átomos con análisis por tiempo de vuelo(TOF-DRS). La primera provee información en el espacio recíproco del orden delas estructuras generadas en la superficie, mientras que la segunda es un tipode espectrometría de masas producida por bombardeo iónico con sensibilidadelemental a la última capa atómica de la superficie; y bajo ciertas condicionesprovee además información del orden atómico.En este trabajo mostraremos losresultados recientes obtenidos en el crecimiento de antimonio en Ag(111). Ladeposición de Sb se realiza con el sustrato a 108ºC mediante un evaporador tipocelda de Knudsen emplazado en la mismacámara de ultra alto vacío que aloja las técnicas de caracterización. Las condicionesde UHV son necesarias para asegurar la limpieza a nivel atómico durante lostiempos que dura cada experimento, típicamente varias horas al día.Los resultados de LEED duranteel crecimiento muestran que se forman dos fases diferentes, una con estructura√3x√3R30º, y otra tipo 2√3x2√3R30º; y que para coberturas superiores el ordenatómico se va degradando. TOF-DRS nos permitió ver que estas fases suceden para~0.5 y 1 MC, respectivamente. Por otro lado, los análisis de la estabilidadtérmica de las películas evaporadas muestran que la fase más establecorresponde a la √3x√3R30º, la cual puede ser lograda evaporando más de 1 MC yrealizando un recocido posterior a 280ºC. También se pudo ver que la fase2√3x2√3R30º era estable hasta los 150ºC, y que a partir de los 170ºC seproducía un cambio de fase repentino a la √3x√3R30º, que mejoraba su patrón deLEED a medida que se aumentaba la temperatura hasta llegar a los 280ºC.El estudio del crecimiento deantimonio en Au(111) realizado recientemente también mostró fases similaresdurante el crecimiento, pero a diferencia de lo observado en Ag, para el casodel Au la fase más estable resultó ser la tipo 2√3x2√3R30º. Mediante microscopíade efecto túnel (STM) y cálculos DFT se pudo establecer que esta monocapa purade Sb tiene una estructura rectangular 3x√3 conmensurada con el sustrato, queproduce el mismo patrón de LEED que la 2√3x2√3R30º.La fase √3x√3R30º para el casode Sb/Ag(111) ya había sido reportada en la literatura, pero la interpretacióndel orden atómico en esta celda unidad era contradictoria. Por ejemplo, sereportaron la posibilidad de que sea una aleación tipo Ag2Sb, AgSb2,o una capa pura de Sb formando antimoneno; todas las estructuras propuestasdaban un orden en el patrón de LEED √3x√3R30º,no siempre se realizaba un análisis elemental y se crecían en distintascondiciones experimentales. Por ejemplo, la aleación Ag2Sb se creciócon el sustrato a temperatura ambiente pero con un recocido posterior a 200ºC,la AgSb2 con el sustrato a 108ºC seguido de un recocido a 277ºC, yla monocapa de antimoneno directamente con el sustrato a 80ºC. El estudio deesta fase con TOF-DRS nos permitió demostrar que la incorporación de Sb essustitucional, formando una aleación superficial con más Ag que Sb; resultadosque están más cerca de la propuesta de formación de una aleación tipo Ag2Sbaunque con las condiciones de crecimiento reportadas para la fase AgSb2.