Wzrost i charakterystyka epitaksjalnych warstw tlenków żelaza na powierzchni Pt(111)

master
dc.abstract.enThin oxide films are nowadays intensively studied due to their interesting and diverse properties that open routes to applications in fields such as catalysis, sensor devices, electronics, spintronics and also as functional shells and material coatings. The aim of this work was to obtain an epitaxial thin film of hematite on a single crystal Pt(111) surface by oxidation of an epitaxial magnetite layer grown under ultrahigh vacuum (UHV) conditions and to determine the optimal parameters of the oxidation process. Such a hematite film can be utilized as a model surface to further studies, for example for gas or metal adsorption studies, determination of chemical reaction mechanisms and can be used in spintronic applications. The experiments were carried out in an UHV system dedicated to preparation and characterization of surfaces and epitaxial nanostructures. Prior to the preparation of the ultrathin magnetite film, the Pt(111) surface was cleaned using a standard procedure of several cycles of argon ions bombardment and annealing in oxygen and under UHV conditions. On the atomically clean and flat Pt(111) surface, a 50-Å magnetite film, (111)-oriented, was grown by reactive deposition of iron in an oxygen atmosphere. The base Fe3O4(111) layer was characterized in situ by low energy electron diffraction (LEED), scanning tunneling microscopy (STM), Auger electron spectroscopy (AES) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS). The magnetite film was modified in five cycles of oxidation and annealing in variable temperature and oxygen partial pressure conditions. After every oxidation step, the LEED, STM and AES measurements were performed to follow changes in crystal structure, surface morphology, chemical composition and stoichiometry of the sample surface. It was found that a cycle of 5-minutes oxidation of the epitaxial Fe3O4 film on Pt(111) at the oxygen partial pressure of 2·10 5 mbar and sample temperature 560oC leads to stabilization of an epitaxial hematite α Fe2O3(0001) layer with characteristic superstructure of a 50-Å periodicity, termed in the literature as bi-phase.pl
dc.abstract.plCienkie warstwy tlenkowe są współcześnie celem badań wielu grup naukowych na całym świecie. Ze względu na ciekawe i zróżnicowane właściwości znajdują one zastosowania w wielu dziedzinach takich jak kataliza, sensoryka, elektronika, spintronika, a także jako funkcjonalne powłoki i pokrycia materiałowe. Celem niniejszej pracy było wytworzenie epitaksjalnej warstwy hematytu na powierzchni monokryształu platyny o orientacji (111) w warunkach ultra-wysokiej próżni poprzez utlenianie epitaksjalnej warstwy magnetytu i eksperymentalne wyznaczenie optymalnych parametrów procesu utleniania. Taka warstwa może być użyta jako modelowa powierzchnia do dalszych badań, np. adsorpcji metali lub gazów, określania mechanizmów reakcji chemicznych lub wykorzystana w zastosowaniach spintronicznych. Badania przeprowadzono w zaawansowanej aparaturze przeznaczonej do wytwarzania i charakteryzacji powierzchni i epitaksjalnych nanostruktur w ultra wysokiej próżni (UHV). Przed przystąpieniem do preparatyki warstwy magnetytu powierzchnię monokryształu Pt(111) wyczyszczono stosując standardową procedurę kilkunastu cykli bombardowania jonami argonu oraz wygrzewania w tlenie i w warunkach UHV. Na atomowo czystej i płaskiej powierzchni podłoża platynowego, w procesie reaktywnej depozycji żelaza w atmosferze tlenu wytworzono warstwę magnetytu o grubości 50 Å i orientacji (111). Charakterystykę warstwy bazowej Fe3O4(111) wykonano in situ przy użyciu metody dyfrakcji elektronów niskoenergetycznych (LEED), skaningowej mikroskopii tunelowej (STM), spektroskopii elektronów Auger’a (AES) oraz spektroskopii fotoelektronów wzbudzanych promieniowaniem X (XPS). Warstwę bazową modyfikowano w pięciu cyklach utleniania i wygrzewania w zmiennych warunkach temperatury i ciśnienia parcjalnego tlenu. Po każdym cyklu wykonywano pomiary LEED, STM oraz AES w celu określenia zmian struktury krystalicznej, morfologii powierzchni oraz składu chemicznego i stechiometrii powierzchni próbki. Stwierdzono, że 5-minutowe utlenianie warstwy Fe3O4(111)/Pt(111) przy ciśnieniu parcjalnym O2 równym 2x10-5 mbar i temperaturze 560oC prowadzi do powstania epitaksjalnej warstwy hematytu (α-Fe2O3) o orientacji (0001) z charakterystyczną powierzchniową nadstrukturą o periodyczności około 50 Å, nazywaną w literaturze nadstrukturą bifazy.pl
dc.affiliationWydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanejpl
dc.areaobszar nauk ścisłychpl
dc.contributor.advisorSpiridis, Nikapl
dc.contributor.authorKwiatek, Nataliapl
dc.contributor.departmentbycodeUJK/WFAISpl
dc.contributor.reviewerSpiridis, Nikapl
dc.contributor.reviewerCyganik, Piotr - 127615 pl
dc.date.accessioned2020-07-26T21:49:09Z
dc.date.available2020-07-26T21:49:09Z
dc.date.submitted2016-07-08pl
dc.fieldofstudyzaawansowane materiały i nanotechnologiapl
dc.identifier.apddiploma-105109-147516pl
dc.identifier.projectAPD / Opl
dc.identifier.urihttps://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/211498
dc.languagepolpl
dc.subject.enultrahigh vacuum, UHV, epitaxy, magnetite, hematite, oxidation, thin films , superstructure, biphase, Scanning Tunneling Microscpy, STM, Low-Energy Electron Diffraction, LEED, X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS, Auger Electron Spectroscopy, AESpl
dc.subject.plultra wysoka próżnia, UHV, epitaksja, magnetyt, hematyt, utlenianie, cienkie warstwy, nadstruktura, bifaza, skaningowa mikroskopia tunelowa, STM, dyfrakcja elektronów niskoenergetycznych, LEED, spektroskopia fotoelektronów, XPS, spektroskopia elektronow Auger’apl
dc.titleWzrost i charakterystyka epitaksjalnych warstw tlenków żelaza na powierzchni Pt(111)pl
dc.title.alternativeGrowth and characteristic of epitaxial iron oxide films on Pt(111) surfacepl
dc.typemasterpl
dspace.entity.typePublication
Affiliations

* The migration of download and view statistics prior to the date of April 8, 2024 is in progress.

Views
0
Views per month

No access

No Thumbnail Available