Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/35519
Type: Dissertação
Title: Estados eletrônicos de superfície na face (111) do Au, Cu3Au e sulfeto sobre Cu3Au por espectroscopia de fotoelétrons resolvida em ângulo (ARPES)
Other Titles: Electronic surface states on the (111) face of Au, Cu3Au and sulfide on Cu3Au by angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES)
Authors: Matheus Alkmim Pimenta Henriques de Oliveira
First Advisor: Edmar Avellar Soares
First Referee: Myriano Henriques de Oliveira Júnior
Second Referee: Von Braun Nascimento
Abstract: Este trabalho busca aprofundar os conhecimentos sobre estados eletrônicos de superfícies (111) em metais nobres como Au e Cu3Au utilizando, principalmente, a técnica de ARPES (Espectroscopia de Fotoelétrons Resolvida em Ângulo) que permite obter diretamente a dispersão Energia versus Momento para os estados próximos ao nível de Fermi. Além do ARPES, utilizou-se o XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons excitados por Raios-X) para averiguar a limpeza e composição química das amostras e o LEED (Difração de Elétrons de Baixa Energia) para verificar o padrão de simetria da superfície da amostra. Na amostra de Cu3Au obteve-se um interessante resultado após processos de aquecimento, resultando na formação de uma superfície ordenada envolvendo Cobre, Ouro e também Enxofre. A dispersão do seu estado de superfície foi medido revelando resultados aparentemente inéditos e importantes, podendo até mesmo ter aplicações tecnológicas. Os experimentos foram feitos em amostras que passam por ciclos de limpeza via sputtering e annealing, e realizados em UHV (Ultra Alto Vácuo), à uma pressão base de 1x10^{-10}Torr. A famosa dispersão parabólica com resolução suficiente para visualizar o desdobramento devido ao spin para o Ouro foi obtida, o que provou a ótima calibração do equipamento ARPES. Os parâmetros como massa efetiva e coeficiente Rashba obtidos estão de acordo com a literatura. Também foi obtida uma dispersão parabólica para a fase chamada ``desordenada'' do Cu3Au limpo. Os estados de superfície parabólicos na face (111) de metais nobres têm sido tradicionalmente descritos pelo modelo de Shockley na maior parte da literatura, porém, eles também têm sido relacionados aos estados topológicos, descobertos mais recentemente. Essa questão conceitual é abordada neste trabalho visando trazer clareza para uma melhor descrição dos estados de superfície. A liga formada sobre o Cu3Au contendo Enxofre (com estrutura \sqrt{7}x\sqrt{7})R19.1^{o}-S de acordo com o LEED e a literatura) levou a uma dispersão linear, com ponto de cruzamento, o que é muito comum nos chamados Isolantes Topológicos. Esse resultado trás um acréscimo ao conhecimento científico, pois não se conhecia um estudo ARPES desse sulfeto sobre Cu3Au, nem mesmo sobre Cu(111). O padrão LEED obtido é muito semelhante ao mostrado em literaturas para Sulfeto sobre Cu(111). Unindo isso com o cálculo de concentrações realizado a partir do XPS da amostra de Cu3Au, percebeu-se que a amostra demonstrou ter muito mais cobre do que o nominal. Logo, entender melhor a natureza física dos estados de superfície e ainda aprofundar os estudos nesse resultado inédito da dispersão com ponto de cruzamento para o sulfeto sobre Cu3Au pode ser bastante relevante para avanços tecnológicos e novos materiais.
Abstract: This work seeks to deepen the knowledge about electronic states of surfaces (111) in noble metals such as Au and Cu3Au using, mainly, the ARPES technique (Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy) that allows to obtain the Energy versus Momentum dispersion for states close to the Fermi level directly. In addition to ARPES, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) was used to investigate the cleanliness and chemical composition of the samples and LEED (Low Energy Electron Diffraction) to verify the symmetry pattern of the sample surface. On Cu3Au sample, an interesting result was obtained after heating processes, resulting in the formation of an ordered surface involving Copper, Gold and also Sulfur. Its surface state was also measured, revealing unprecedented and relevant results, and it may even have technological applications. The experiments were performed on samples that undergo cleaning cycles via sputtering and annealing, and carried out in UHV (Ultra High Vacuum), at a base pressure of 1x10^{-10}Torr. The famous parabolic dispersion with resolution for the spin-split was observed for Gold, which proved the excellent calibration of the ARPES equipment. The parameters such as effective mass and Rashba coefficient obtained match with the literature. The parabolic dispersion was also obtained for the called ``disordered'' phase of Cu3Au clean. The parabolic surface states on the face (111) of noble metals have traditionally been described by the Shockley model in most of the literature, but they also have been related to the more recently discovered topological states. This conceptual issue is addressed in this work in order to bring clarity to a better description of the surface states. The alloy formed on Cu3Au containing sulfur (with structure (\sqrt{7}x\sqrt{7})R19.1^{o}-S according to LEED and the literature) led to a linear dispersion, with a crossing point, which is very common in so-called Topological Insulators. This result brings an addition to scientific knowledge, as no ARPES study of this sulfide on Cu3Au was known, not even on Cu(111). The LEED pattern obtained is very similar to that shown in the literature for Sulfide over Cu(111). Combining this with the calculation of concentrations obtained by XPS of the Cu3Au sample, it was noticed that the sample has much more copper than the nominal. Therefore, for better understanding of the physical nature of the surface states and further deepening of the studies on this unprecedented result of the dispersion with crossing point for the sulfide over Cu3Au can be quite relevant for technological advances and new materials.
Subject: Física de superfície
Física do estado sólido
Fotoemissão
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICEX - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/35519
Issue Date: 29-Jan-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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