Ag-In-Yb正二十面体准晶单晶的表面结构和异质薄膜生长

准晶的深度开发应用取决于表面结构和性质，而准晶的表面研究依赖于高品质的大块单晶和精确的体结构模型。Ag-In-Yb准晶是正二十面体对称的稳定态准晶，与Cd-Yb准晶同构，目前对该类准晶的表面研究几乎是空白。最近，Cd-Yb准晶晶体结构的完全解析和大块Ag-In-Yb准晶单晶的制备，使得深入研究Ag-In-Yb准晶的表面结构和性质得以实施。初步研究表明，Ag-In-Yb准晶单晶的5-fold,3-fold,2-fold三个高对称表面稳定性都很好，适合STM研究；其次，单（亚）原子层Pb或者Sb原子在5-fold表面会选择性的吸附在特定的晶格位置。本课题将在上述研究基础上，使用扫描隧道显微镜（STM）等分析方法系统的研究Ag-In-Yb准晶三个高对称表面的晶体结构，结合体结构模型讨论表面的形成规律和稳定机制；其次，研究准晶单晶三个高对称表面上的Pb和Sb外延薄膜生长，探索制备单元素准晶薄膜。

表面研究加深对准晶表面的形成规律和稳定机制等基本物理问题的理解，并且准晶的许多物理化学性质均与表面结构有着密切的关系，但准晶的表面研究依赖于高品质的大块单晶和精确的结构模型，相关研究还较少且局限于Al基准晶。Ag-In-Yb准晶是一种新型的正二十面体对称的稳定态准晶，与Cd-Yb准晶同构。本课题从单晶制备，晶体结构模型，表面结构分析和单晶表面薄膜生长等几个方面开展了比较深入和系统的研究，对准晶表面结构、稳定性和薄膜外延生长都有了深入的了解。1、系统研究了准晶单晶的生长机理，分析了不同晶面的热稳定性，并制备了目前国际上尺寸最大、最完整的单晶。2、基于Cd-Yb准晶和Ag-In-Yb近似相的结构，用Igor软件编写了目前最完整的准晶结构分析程序，用于分析准晶表面结构和原子吸附。3、使用STM和LEED等方法研究了准晶5-fold,3-fold,2-fold高对称表面的结构和稳定性。获得了系统的原子尺度的表面STM图像，结合结构模型的研究表明，超高真空下准晶三个晶面的热稳定性非常好，在一定的溅射-热处理后都能形成平整的尺寸达到几百纳米的台阶面，并且表面原子的排列是与体内原子排列完全相符的准周期对称。STM图统计结果与Igor结构模型对比表明，准晶表面形成的台阶面都终止于垂直于对称轴并切割RTH团簇中心的平面。通过对比台阶面的原子密度和组分，发现原子密度分布不是决定准晶表面稳定性的最主要因素，低表面能的Yb原子的分布和RTH团簇中不同壳层间原子的相互作用也起着重要作用。4、系统研究了Ag-In-Yb 1/1近似相的（100）表面结构，STM表明（100）表面在一定的热处理后形成周期的台阶结构，并且在不同的热处理温度下，台阶的高度和台阶面尺寸会发生变化，表明（100）表面的台阶面具有不同热稳定性。基于不同台阶面团簇的形貌、台阶高度以及第一性原理的计算表明，（100）晶面最稳定的台阶面是切割Yb二十面体顶点平面而不是切割RTH团簇中心平面。5、研究了Pb、Sb原子和C60分子在准晶表面的吸附和外延生长的规律，结果表明C60分子可以吸附在任意的位置，不能形成准周期结构，而Pb、Sb原子则会选择性的吸附在特定的晶格位置，在一定厚度范围内能组装成准周期结构。其中Pb原子选择吸附在RTH团簇中心位置，Sb原子选择吸附在Yb原子的上面，多原子层的Pb吸附能组装成完美的单元素准晶薄膜。