Исследование плотности электронных состояний на уровне

П.В. БОРИСЮК
Научный руководитель – В.И. ТРОЯН, д.ф.-м.н., профессор
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЯВЛЕНИЯ МНОГОЧАСТИЧНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ
И ЭЛЕКТРОННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ В НАНОКЛАСТЕРАХ
БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Представлены результаты экспериментального исследования, методами
сканирующей
туннельной
спектроскопии
(СТС)
и
рентгеновской
фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) плотности электронных состояний, ее
структуры и эволюции при изменении среднего размера в нанокластерах Au и Cu.
Исследования фундаментальных свойств структур пониженной
размерности — кластеров, квантовых точек и нитей — в последние годы
получили широкое развитие [1]. Настоящая работа посвящена
исследованию ассиметрии формы линии РФЭ спектров для нанкластеров
Au и Cu, которая в свою очередь может быть обусловлена явлением
многочастичных возбуждений (электрон-дырочных пap) в металле при
внезапном появлении дырки на остовном уровне. Так же в работе
приведены результаты исследований дифференциальных вольт амперных
характеристик (ВАХ) измеренных для нанокластеров Au с помощью
(СТС).
Рис. 1. (а) - РФЭ спектр нанокластеров Cu2p3/2; (б) – зависимость α от среднего
размера l нанокластеров Au (□) и Cu (Δ). Сплошные кривые – теоретические
зависимости, пунктирные линии - величины α для объёмных металлов Au (α=0.04)
и Cu (α=0.05).
Формирование ансамбля нанокластеров проводилось методом
импульсного лазерного осаждения. Типичный РФЭ спектр нанокластеров
Cu2p3/2 приведен на рис.1(а), видно, что спектр является асимметричным.
Зависимости индекса сингулярности Андерсона  линии Cu2p3/2 и
Au4f7/2 нанокластеров Cu и Au на поверхности ВОПГ от их размеров
представлены на рис.1(б). Увеличение индекса сингулярности с
уменьшением размера кластера можно качественно объяснить учетом
изменения плотности состояний на уровне Ферми, а также уменьшением
экранировки потенциала остовной дырки за счет ослабления электронной
экранировки в кластерах по сравнению с объемным металлом.
Рис.2 (а) - СТМ-изображение (7×7 нм) шероховатых нанокластеров Au на
поверхности ВОПГ; (б) - профиль высоты неоднородного нанокластера; (в) дифференциальные туннельные вольт-амперные характеристики, измеренные в
разных точках неоднородного по высоте нанокластера Au с латеральным
размером ~3 нм и локальной высотой h=0.3 нм (кривая 1) и h=0.9 нм (кривая 2, см.
области на рис. а), а также для кластера Au с размерами d~1 нм, h~0.3 нм (кривая
3); (г) - зависимость дифференциальной туннельной проводимости нанокластеров
Au
Исследования электронной структуры нанокластеров Au проводилось
также с использованием метода СТС. На рис.2(а,б,в) приведено СТМизображение, профиль высоты сформированного нанокластера Au
размером ~3 нм осажденного на поверхность ВОПГ(0001) и
дифференциальные
туннельные
вольт-амперные
характеристики,
измеренные на нем в разных точках. Наблюдаемые особенности в
измеренных дифференциальных ВАХ, можно объяснить эффектом
локализации электронов в нанокластерах с нерегулярной структурой. В
рамках механизма локализации электронов в неупорядоченных системах
объяснено наблюдаемое уменьшение дифференциальной туннельной
проводимости нанокластеров золота при уменьшении их объема [2] (см.
рис.2(г)).
Таким образом, на основе РФЭС и СТС исследований удалось сделать
выводы об эволюции электронной структуры, и качественно описать
изменение плотности состояний на уровне Ферми с изменением размера.
Список литературы
1.
2.
C. Binns // Surf. Sci. Rep. 2001, V.44, P.1
В.Д. Борман, П.В. Борисюк и др. // Письма в ЖЭТФ 2007, 86, с.450