Sb-Nanoribbons auf Ag(110)

Abstract

This work focuses on the detailed structural and chemical characterization of Sb nanoribbons on the Ag(110) surface. For this purpose, surface-sensitive methods, such as low-energy electron diffraction (LEED) and scanning tunneling microscopy (STM), are used to determine the structural arrangement of the nanoribbons. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is utilized to characterize the various bonding environments. The combination of these measurement methods enables the construction of a structural model of the Sb nanoribbons on the Ag(110) surface.

For a coverage of 0.5ML a c(2x2)-reconstruction is observed. By LEED-IV analysis and XPS measurements, this reconstruction can be identified as a substitutional alloy. XPS measurements show a distinct alloy component in both the Sb 4d signal and the Ag 3d signal, which can be attributed to the bond between Sb and Ag.

For higher coverages, the formation of Sb nanoribbons is observed in STM. In this work, the Ribbons I and Ribbons II phases, with coverages of 1ML and 1.24ML, are examined in detail. As the coverage increases, the alloy component decreases in the XPS measurements, suggesting a dealloying process and the growth of Sb ribbons directly on the Ag(110) surface. In addition, based on angle-resolved measurements at Theta = 0° and Theta = 60°, a two-layered growth of the ribbons can be identified.

In the STM data, narrow and wide nanoribbons are identified, consisting of two or four atoms in the topmost atomic layer, respectively. The nanoribbons are arranged stochastically on the surface, which is reflected in the LEED pattern as a spot splitting along the [1-10] direction. This splitting is directly linked to the ratio of narrow to wide ribbons. For the Ribbons II phase, additional spots are visible in LEED along the [001] direction. Following the LEED analysis, these spots are attributed to a faceted surface structure, likely arising from a lattice mismatch between Sb and Ag, leading to a tilt of the Sb nanoribbons.

Based on these results, the previously proposed structural model, according to which the Sb nanoribbons grow in a single layer on top of the alloy, can be refuted. Instead, a new structural model is presented, consisting of two‑layered Sb ribbons that grow in the gamma-Sb structure directly on the Ag(110) surface.

Im Fokus dieser Arbeit steht die detaillierte strukturelle und chemische Charakterisierung von Sb-Nanoribbons auf der Ag(110)-Oberfläche. Um die strukturelle Anordnung der Nanoribbons aufzuklären, werden oberflächensensitive Messmethoden wie die Niederenergetische Elektronenbeugung (LEED) und die Rastertunnelmikroskopie (STM) verwendet. Für die chemische Charakterisierung der verschiedenen Bindungsumgebungen wird die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) angewandt. Die Kombination dieser Messmethoden ermöglicht es, ein Strukturmodell für die atomare strukturelle Anordnung der Sb-Nanoribbons auf der Ag(110)-Oberfläche aufzustellen.

Bei einer Schichtdicke von 0,5ML bildet sich eine c(2x2)-Rekonstruktion aus. Anhand der LEED-IV-Analyse und XPS-Messungen kann sie als Substitutionslegierung, auch Alloy genannt, identifiziert werden. Die XPS-Messungen weisen sowohl im Sb 4d-Signal als auch im Ag 3d-Signal eine deutliche Alloy-Komponente auf, die der Bindung zwischen Sb und Ag zugeordnet werden kann.

Für höhere Schichtdicken wird im STM die Ausbildung von Sb-Nanoribbons beobachtet. In der vorliegenden Arbeit werden die beiden Ribbons I- und Ribbons II-Phasen mit Schichtdicken von 1ML und 1,24ML näher untersucht. Mit steigender Schichtdicke nimmt die Alloy-Komponente in den XPS-Messungen ab, weshalb auf ein Auflösen des Alloys, ein Dealloying, geschlossen werden kann. Somit wachsen die Sb-Nanoribbons direkt auf der Ag(110)-Oberfläche. Basierend auf den winkelaufgelösten Messungen unter Theta = 0° und Theta = 60° kann zudem ein zweilagiges Wachstum der Ribbons identifiziert werden.

Im STM können schmale und breite Nanoribbons beobachtet werden, die aus zwei bzw. vier Atomen in der obersten Atomlage bestehen. Die Nanoribbons sind stochastisch auf der Oberfläche angeordnet, was sich im LEED in Form von aufgespaltenen Intensitätsreflexen entlang der [1-10]-Richtung widerspiegelt. Dabei ist die Distanz zwischen den Reflexen direkt mit dem Verhältnis von schmalen zu breiten Ribbons verknüpft. Für die Ribbons II-Phase sind im LEED entlang der [001]-Richtung zusätzliche Reflexe zu erkennen. Anhand der LEED-Analyse können diese einer facettierten Oberflächenstruktur zugeordnet werden. Die Facetten auf der Oberfläche entstehen vermutlich aufgrund eines Gitterversatzes, hervorgerufen durch eine Differenz zwischen den Ag- und Sb-Gitterkonstanten. Infolgedessen kommt es zu einer Neigung der Sb-Nanoribbons.

Basierend auf diesen Ergebnissen kann das bisher existierende Strukturmodell, wonach die Sb-Nanoribbons in einer Lage direkt auf dem Alloy wachsen, widerlegt werden. Stattdessen wird ein neues Strukturmodell präsentiert, das aus zweilagigen Sb-Nanoribbons besteht, die in der gamma-Sb-Struktur direkt auf der Ag(110)-Oberfläche wachsen.