Estructura electrónica y fenómenos de confinamiento en sistemas de baja dimensionalidad
- Autores: Lukasz Walczak
- Directores de la Tesis: Enrique García Michel (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Ortega Mateo (presid.), José María Gómez Rodriguez (secret.), Jordi Fraxedas (voc.), Francisco Javier Palomares Simón (voc.), Antonio Tejeda Gala (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
Los sistemas de baja dimensionalidad basados en metales o semiconductores han sido objeto de un interés continuado desde hace ya algunos años. Por una parte, las propiedades cuánticas de estos sistemas ofrecen la posibilidad de analizar el comportamiento físico en la nanoescala; por otra, son numerosas las posibles aplicaciones tecnológicas basadas en estos sistemas. Entre otros usos, este tipo de materiales se pueden utilizar como una superficie activa en catálisis heterogénea, como un molde para el crecimiento de otros materiales de baja dimensionalidad o en el estudio de las propiedades termodinámicas de estos mismos materiales. En este trabajo hemos analizado las propiedades de varias superficies donde aparecen efectos como estos.
La mayor parte de la tesis doctoral consiste en el estudio de la estructura electrónica y cristalina de sistemas de baja dimensionalidad utilizando espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES) para la caracterización de estos sistemas. ARPES permite obtener información acerca de la estructura electrónica de una gran variedad de sistemas físicos y en particular de los estados electrónicos de superficie. Una de las principales ventajas de esta técnica es la posibilidad de cambiar tanto el ángulo de detección, como la energía del haz de fotones incidente, lo cual permite barrer tanto los vectores de onda paralelos y perpendiculares de la red recíproca a lo largo de las direcciones principales de alta simetría del cristal.
Para controlar la calidad de las superficies obtenidas se realizaron medidas utilizando técnicas de difracción de electrones de baja energía (LEED) o de microscopía de efecto túnel (STM), lo que permitió observar las reconstrucciones superficiales, así como espectroscopia de fotoemisión de rayos X (XPS), que es muy sensible a la contaminación superficial.
Algunos metales con orientación (110), como el platino, el iridio o el oro, presentan una reconstrucción natural (1x2) de su superficie. La reconstrucción se debe a la eliminación de una fila atómica de cada dos en la superficie, de modo que se forman cadenas de átomos en la dirección ¿ . La reconstrucción (1x2) dobla el punto de simetría ¿ de la superficie sobre el punto de simetría ¿ y ambos se hacen equivalentes. Como consecuencia del doblado, desaparece la zona prohibida que existía en el punto simetría ¿, de modo que cabe esperar que no exista estado de superficie en ese punto después de la reconstrucción, tal y como se ha confirmado recientemente para Au(110)-(1x2). Sin embargo, se han observado en este trabajo estados de resonancia en los puntos ¿ y ¿ de alta simetría, con un máximo de la energía Page 9 de ligadura de ~0.2 eV, que se atribuyen al estado de superficie tipo Shockley. En el punto ¿ de alta simetría se observa una separación (splitting) de las bandas. Los cálculos teóricos llevados a cabo permiten asignar el origen de la separación a un doblado (1x2) de las bandas de volumen.
Los metales del grupo II, berilio y magnesio, se caracterizan por una alta densidad de estados superficiales, debido a la existencia de amplias zonas prohibidas en la proyección de los estados de volumen. Esto da lugar a intensas señales de superficie en los espectros de fotoemisión. Además, los estados de superficie de estos materiales (especialmente en la superficie (0001)) muestran un comportamiento de gas electrónico bidimensional prácticamente desacoplado del volumen. Igualmente, la superficie ( ¿ ) presenta varios estados superficiales (de diferente naturaleza orbital) que aparecen en emisión normal y en el punto de simetría ¿. Por otro lado, las superficies de Be resultan excepcionalmente interesantes por el intenso acoplamiento electrón-fonón que presentan, que incluso permitiría esperar la formación de una fase superconductora en la superficie a bajas temperaturas. El patrón rectangular de LEED está de acuerdo con la cristalografía esperada para la superficie vecinal de Be( ¿ ). En este trabajo se ha llevado a cabo la caracterización de la estructura electrónica de la superficie mediante ARPES. Las medidas en las dos direcciones, perpendicular y paralela a los escalones, para distintas energías de fotón, nos proporcionan una caracterización completa para los estados electrónicos de superficie. Se ha identificado un estado de resonancia de superficie en los puntos ¿ y ¿ de alta simetría, que también existe en Be( ¿ ) plano. Los mínimos de la energía de ligadura de estos estados son mayores que para la superficie plana, debido al confinamiento lateral provocada por los escalones. La posición del mínimo de uno de los estados de superficie (S1) en el momento paralelo medido respecto a la normal a la superficie óptica cambia linealmente con la energía de fotón, indicando que la función de onda electrónica está referida a las terrazas. En el punto ¿ de alta simetría se observa la aparición de nuevos estados con respecto a la muestra plana. Estos estados no dispersan a lo largo de la dirección perpendicular a los escalones ( ¿¿¿¿) en un rango de ±0.2 Å -1 para todas energías de fotón. Sin embargo sí que lo hacen en la dirección paralela ( ¿¿¿¿) de acuerdo a un modelo de electrones libres. La aparición y el comportamiento de estos estados en ambas direcciones de alta simetría está de acuerdo con la formación de estados de pozo cuántico unidimensionales.
Los semiconductores de la familia AIII-BV con orientación (100) presentan un diagrama de fases de superficie con varias reconstrucciones que dependen
