Scanning tunneling microscopy study of the growth mechanisms of metal clusters on surfaces

New materials properties are of great value for future technology improvement. Nowadays, a lot of efforts are made into miniaturizing devices, and thus, great interest dwells in understanding novel materials, and especially their interactions with supporting substrates. Among these materials, particular attention has to be payed to those with remarkable magnetic and electronic properties even in the nanoscale, thus exploitable for electronics progress. This thesis covers a growth study of Holmium on Iridium and Platinum, and of Iron on Bismuth Selenide, by means of scanning tunneling microscopy. These materials have already been studied extensively, but never in such combinations. All experiments have been performed under ultra high vacuum conditions (approx. 10^-12 mbar) and at 30 K. Holmium has been deposited on clean Iridium (111) and Platinum (111) surfaces; no island formation is shown, but clusters whose average size can be tuned by adjusting the deposition temperature, in the Platinum case, and the annealing temperature, in the Iridium case. In addition, Holmium adatoms seem to repel each other until enough energy is given them to cluster together. For high enough coverages in the sub-monolayer regime, Holmium shows hexagonal patches on the Iridium. An additional statistical analysis of the Holmium adatoms distribution has been performed, providing information about its arrangement on the surface, and pointing out a short range order. Iron has been deposited on Bismuth Selenide cleaved in situ, subsequently annealing the sample at temperatures below 300 °C. The presence of smooth islands with a rectangular lattice is observed. The lattice type and its constant are in contrast both with pseudomorphical growth of Iron, and pure Iron islands. No superconductive gap has arisen from STS measurements on the islands.

Nel campo della ricerca, e specialmente in ambito tecnologico, riveste particolare interesse lo studio di nuovi materiali. Al giorno d'oggi, vi è uno sforzo considerevole atto alla miniaturizzazione dei dispositivi; per questo motivo, la comprensione delle proprietà di materiali innovativi, ed in special modo delle loro interazioni con i substrati su cui vengono cresciuti, desta un notevole interesse. All'interno di questa classe di materiali, è opportuno prestare particolare attenzione a quelli che presentino peculiari proprietà elettroniche e magnetiche su scala nanometrica, che quindi potrebbero essere utilizzati nel campo dell'elettronica applicata. Questa tesi tratta la crescita di Olmio su superfici di Iridio e Platino, e la crescita di Ferro sul Seleniuro di Bismuto con l'ausilio della spettroscopia ad effetto tunnel. Tali materiali sono già stati oggetto di vari studi, eseguiti con varie tecniche di indagine, ma mai secondo questi specifici accoppiamenti. In questo lavoro sperimentale, tutti gli esperimenti sono stati svolti in condizioni di ultra alto vuoto (circa 10^-12 mbar) ed alla temperatura di 30 K. L'Olmio è stato depositato sulle superfici pulite Iridio (111) e Platino (111): non è stata riscontrata la formazione di isole sulla superficie, ma bensì, di semplici aggregati atomici di Olmio. E' stato inoltre trovato che la dimensione di tali aggregati è regolabile modificando la temperatura di deposizione, nel caso del Platino, e la temperatura di annealing, nel caso dell'Iridio. Inoltre, gli atomi di Olmio, depositati, sembrano repellersi a vicenda sino a quando non viene fornita loro sufficiente energia per formare un aggregato. Per alte coverages nel regime sub-mononolayer, ed in punti particolarmente ordinati del campione, l'Olmio mostra una disposizione esagonale degli atomi adsorbiti sull'Iridio. E' stata svolta un'analisi statistica supplementare della distribuzione di tali atomi per ottenere informazioni riguardo il loro arrangiamento sulla superficie; è stato evidenziato un ordine a corto raggio. Il Ferro è stato depositato sul Seleniuro di Bismuto preparato in situ, e dunque scaldato sino a temperature inferiori ai 300°C: si è osservata la formazione di isole con reticolo rettangolare. Il tipo di reticolo, ed il parametro reticolare, escludono la crescita pseudomorfica del Ferro ed anche che le isole in questione siano costituite dal solo Ferro. Non è stata riscontrata alcuna gap superconduttiva nel corso delle misurazioni STS sulle isole.