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Infrared Spectroscopy of One-dimensional Metallic Nanostructures on Silicon Vicinal Surfaces

HOANG, Chung Vu

German Title: Infrarotspektroskopie an eindimensionalen Metall-Nanostrukturen auf gestuften Siliziumoberflächen

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Abstract

Vizinale Silizium-(111)-Oberflächen wurden als Substrat für das Wachstum sowohl von Blei-Nanodrähten als auch von atomaren Ketten aus Gold und Indium verwendet. Die Morphologie der Au-Atomketten wurde mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED) untersucht. Die In-Ketten wurden mittels Infrarotspektroskopie mit Polarisation des elektrischen Feldes parallel und senkrecht zu den Drähten untersucht. Es wird gezeigt, dass die In-Ketten bei Raumtemperatur eine plasmonische Absorption entlang der Drähte, jedoch nicht senkrecht dazu aufweisen. Weiterhin zeigte sich beim Kühlen zur Temperatur flüssigen Stickstoffs ein Metall-Isolator-Übergang. Mit RHEED wurde dabei auch eine strukturelle Veränderung gefunden. Durch die mit Infrarotspektroskopie gefundenen Ergebnisse für die Blei-Nanodrähte ist es nun möglich, die durchschnittliche Länge von parallelen Nanodrähten durch die Kontrolle von vier experimentellen Parametern zu kontrollieren. Diese sind die Bleibedeckung, die Verdampfungsrate, die Substrattemperatur und die Oberflächenbeschaffenheit. Das System zeigt im Tieftemperaturbereich eine Verstärkuing der Absorption bei der Antennenfrequenz. Diese Beobachtung wird mit der Reduktion der Elektron-Phonon-Streuung infolge der tiefen Temperatur erklärt.

Translation of abstract (English)

Vicinal silicon (111) surfaces are used as templates for the growth of lead nanowires as well as gold and indium atom chains. The morphology of the Au atom chains was studied by use of Scanning Tunneling Microscopy (STM) and Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED). The In chains were investigated by infrared spectroscopy with the electrical field component of the IR light polarized either parallel or perpendicular to the wires. It is shown that at room temperature, In atom-chains display a plasmonic absorption feature along the chain but not in the perpendicular direction. Furthermore, upon cooling down to liquid nitrogen temperature, a metal to insulator transition is observed. A structural distortion is also confirmed by RHEED. As for the result of Pb nanowires, by means of infrared spectroscopy, it is now possible to control the average length of parallel nanowire arrays by monitoring four experimental parameters that influence on the nucleation density; namely: Pb coverage, evaporation rate, substrate temperature and the surface itself. The system shows an enhancement of the absorption at the antenna frequency in the low temperature regime. This scenario is assigned to the reduction of electron-phonon scattering due to low temperature.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pucci, Prof. Dr. Annemarie
Date of thesis defense: 23. June 2010
Date Deposited: 25. Jun 2010 13:46
Date: 2010
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Infrared spectroscopy , metal nanowires , silicon , vicinal surfaces
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