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快速表面动态过程测量

快速表面动态过程测量

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作者：梁继元哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

作者硕士阶段主要研究内容是表面科学中的两类表面动态过程:表面扩散和表面化学反应。示踪扩散行为的测量依赖于原子分辨的表面测量手段,因此扫描隧道显微镜(STM)是不二的选择。利用STM测量表面示踪扩散有多种方法,其中隧道电流-时间谱(... 详细信息

作者硕士阶段主要研究内容是表面科学中的两类表面动态过程:表面扩散和表面化学反应。示踪扩散行为的测量依赖于原子分辨的表面测量手段,因此扫描隧道显微镜(STM)是不二的选择。利用STM测量表面示踪扩散有多种方法,其中隧道电流-时间谱(I-t)的方法可以发挥出STM设备对高频扩散运动的测量极限。本文的主要研究内容就是发展高速表面扩散的测量手段,提高STM的测量能力,并对一些表面体系进行实际测量。为此,我们提出了两种改进方案。第一种是在不对设备做大的改动的情况下,绕过仪器上部分低通滤波器件,并用高分辨频谱分析仪对信号进行分析。为此,我们仔细研究了表面扩散运动在I-t谱中表现出的非周期随机方波信号,获得了这种随机信号的功率谱密度计算方法,并进行了适当的近似以获得解析表达式。以此为依据我们实现了高频扩散运动跳跃频率数据的快速准确提取,为研究表面扩散提供了一种新的方法。但是,通过实验检验发现这种方案始终受设备内传输线路和初级放大器的限制,很难突破100kHz的限制。因此我们设计了一种对设备内部的高频信号传输和放大能力进行改造的方案。由于时间原因,该方案完成了设计但尚未实施。作者在表面扩散的研究中还探究了Li原子在Si(111)-7×7表面量子扩散的可能性。我们的数据表明Li有可能出现了可测的量子扩散行为,但仍需要进一步确认。作者的第二个研究内容与表面化学反应有关,是利用STM测量二维材料MoTe和ZrTe在水氧环境下的稳定性。实验证明ZrTe5对于氧气具有很强的耐受性。然而在5×10mbar水蒸气环境下仅保持30min性能就会发生变化,说明水对ZrTe具有很大的影响。MoTe在1×10mbar的氧环境下以及在5×10mbar水蒸气环境下也具有很强的耐受性,然而在常压纯氧环境下保持3 mi n性能就会发生改变,由没有能隙的状态打开一个能隙。结合输运实验可以证明MoTe能隙的出现是由于表面氧化导致的。表面化学反应的研究结果为两种二维材料的实验研究和应用提供了依据。

关键词：表面动态过程表面扩散表面化学反应扫描隧道显微镜傅里叶变换水氧反应

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