Structural phase transition of Pt/Ge(001) surface studied by reflection high-energy positron diffraction

反射高速陽電子回折を用いたPt/Ge(001)表面上の一次元鎖構造と相転移の研究

望月 出海; 深谷 有喜   ; 河裾 厚男

Mochizuki, Izumi; Fukaya, Yuki; Kawasuso, Atsuo

Ge(001)表面に一原子層程度のPtを吸着させると、欠陥なくサブミクロンの長さに達する一次元原子鎖構造が形成される。この原子鎖は約80Kを境にパイエルス転移する報告があるが、その原子配置や相転移による原子変位は解明されていない。これまでわれわれは、反射高速陽電子回折(RHEPD)法を用いた一波条件ロッキング曲線の解析から、高さ方向の原子配置に関して、Vanpouckeらが提案したNWモデルで説明されることを示してきた。しかし、彼らはPt被覆率の異なるNWモデルを提案し、相転移がPt被覆率の変化に由来すると主張している。そこで今回は、多波条件のRHEPD構造解析から、正確な原子配置とPt被覆率の決定、そして相転移前後の原子変位について解明を試みた。RHEPDロッキング曲線と、Pt被覆率の異なるNWモデル(0.75, 0.8125, 0.875ML)を用いた動力学計算の比較から、0.8125, 0.875MLの両モデルは全反射領域などの形状を再現できないのに対して、0.75MLは曲線をよく再現できることがわかった。また理論計算は最表面Geダイマー原子間に高さ差のないモデルを支持するのに対して、われわれの結果は高さ差のあるモデルを支持する結果が得られた。すなわち原子配置は0.75MLのNWモデルでおおむね適切だが、最表面に非対称Geダイマーが配置したp(44)構造であることがわかった。この起源については電荷密度波や格子エネルギーなどの要因が考えられる。

Defect-free quasi-one chain with the single atomic width is reconstructed on the Ge(001) surface by a Pt adsorption of sub-atomic layer. Recently, it has been reported that the atomic chain undergoes the Peierls transition about 80 K. But, the electronic property, the atomic arrangements and displacements in the phase transition are not yet elucidated. Using reflection high-energy positron diffraction (RHEPD), we have reported that the rocking curve in a one-beam condition matches the dynamical calculation assuming the Nano-Wire (NW) model suggested by Vanpoucke et al. However, they have also proposed several NW models with different Pt coverages and have argued that the phase transition derives from the change of the Pt coverage. In this study, we have tried to determine the atomic arrangement, the Pt coverage and the displacements in the phase transition by using RHEPD with a many-beam condition. The rocking curve shows a good agreement with the calculated curve assuming the NW model with the Pt coverage of 0.75 ML, while the curve does not agree with the curves from the Pt coverage of 0.8125 or 0.875 ML. In addition, the change of rocking curves in the phase transition shows that the structural phase transition is caused by the height difference of the topmost Ge dimer atoms making the p(44) structure.