Structural Evolution on Ag/Si(111) Ag/Si(111)√3X√3 with Adatom Coverage

흡착원자의 덮임율에 따른 Ag/Si(111)√3X√3의 구조 변화

Using a first-principles total-energy method, we investigate structural and energy changes on Ag/Si(111)$\sqrt{3}{\times}\sqrt{3}$($\sqrt{3}-Ag$ hereafter) as the number of the additional Ag adatoms increases. The Ag coverage varies from 0.02 to 0.14 ML. Most Ag adatoms occupy the ST site, which is the center of small triangles of the substrate Ag layer that is composed of small and large triangles. One of the interesting adsorption features is that the adatoms immerse below the substrate layer. The total energy calculations show that the clusters become the most stable when the number of Ag atoms is three. This three-Ag cluster becomes the building block of the $\sqrt{21}{\times}\sqrt{21}$ phase that shows a large surface conductivity. The simulated STM images show that the adatoms look dark in filled-state images while bright in empty-state images. This suggests that the adatoms donate their charge to the substrate. The simulated STM images agree well with the experimental images.

제일원리계산 방법을 이용하여 Ag/Si(111)$\sqrt{3}{\times}\sqrt{3}$(이후로 $\sqrt{3}-Ag$로 표시) 표면에 은 원자가 추가로 흡착된 표면의 원자구조와 에너지를 조사하였다. 은의 덮임율을 0.02 ML에서 0.14 ML로 변화시켜가며 구조변화를 살펴보았다. 흡착된 은 원자들은 대부분 $\sqrt{3}-Ag$ 표면의 은 원자층의 작은 삼각형(ST)의 중간에 자리 잡았다. 특이한 것은 은 원자들은 은 원자층 보다 아래로 내려간다는 것이다. 은 흡착원자(adatom)의 덮임율이 증가함에 따라 adatom들은 클러스터를 만들려는 경향을 보였다. 은 흡착원자들이 모인 클러스터의 에너지를 계산해 보면 흡착원자가 세 개일 때 가장 안정됨을 알 수 있었다. 이 삼원자 클러스터를 구성 단위로 하여 $\sqrt{21}{\times}\sqrt{21}$ 구조의 원자구조를 결정할 수 있었다. 각 덮임율에서 가장 에너지가 낮은 구조들에 대한 STM 영상을 시뮬레이션 해 보면 은 원자는 찬 상태에서 어둡게 보였다. 이는 은 원자가 기판으로 전하를 제공해 줌을 의미한다. 그리고 원자층의 구조변화가 STM 실험에서 보이는 미세한 특성까지도 잘 설명하였다.