Atomic configuration and phase transition of Pt-induced nanowires on a Ge(001) surface studied using scanning tunneling microscopy, reflection high-energy positron diffraction, and angle-resolved photoemission spectroscopy

走査型トンネル顕微鏡,反射高速陽電子回折,角度分解光電子分光を用いたGe(001)表面上のPt吸着ナノワイヤーの原子配置と相転移の研究

望月 出海; 深谷 有喜   ; 河裾 厚男; 矢治 光一郎*; 原沢 あゆみ*; 松田 巌*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*

Mochizuki, Izumi; Fukaya, Yuki; Kawasuso, Atsuo; Yaji, Koichiro*; Harasawa, Ayumi*; Matsuda, Iwao*; Wada, Ken*; Hyodo, Toshio*

走査型トンネル顕微鏡,反射高速陽電子回折,角度分解光電子分光を用いてGe(001)表面上のPt吸着ナノワイヤーの原子配置と相転移について調査した。理論計算から提案されていた、頂上のGeダイマー鎖が2層目のPt列を架橋するよう配置したモデルが基本構造であることがわかった。低温(80K以下)では、Geダイマーは表面垂直方向に交互に傾き(asymmetric)、このためp(44)周期が形成される。高温(110K以上)では、それらのGeダイマーは水平(asymmetric)になり、p(42)周期が形成される。この相転移現象において、Geダイマー鎖に起因した電子状態は、電子エネルギー的に深く分散していたものが、Fermi準位近傍まで上昇する。

The atomic configuration and electronic band structure of Pt-induced nanowires on a Ge(001) surface are investigated using scanning tunneling microscopy, reflection high-energy positron diffraction, and angle-resolved photoemission spectroscopy. A previously proposed theoretical model, composed of Ge dimers on the top layer and buried Pt arrays in the second and fourth layers, is found to be the fundamental structure of the observed nanowires. At low temperatures ( 80 K), each Ge dimer is alternately tilted in the surface normal direction (asymmetric), causing a p() periodicity. At high temperatures ( 110 K), each Ge dimer is flat with respect to the horizontal axis (symmetric), giving rise to p () periodicity. Upon the above phase transition, the electronic band dispersion related to the Ge dimers in the deeper energy region shifts to the Fermi level.