Scanning tunneling microscopy and spectroscopy of two-dimensional oxide nanostructures

Two-dimensional (2D) oxides are materials of increasing scientific interest, since, in comparison to bulk oxides, they may exhibit completely different structures and electronic properties, which could be promisingly exploited for future nanotechnology applications. This work describes an experimental investigation of titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO) nanostructures composed by one or few atomic layers, supported mainly by a metal substrate, i.e. the Au(111) surface. The production of 2D oxide nanostructures was achieved using different physical vapour deposition (PVD) techniques, namely evaporation and pulsed laser deposition (PLD). Scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) were used to characterize in situ the first stages of growth of the deposited structures and their morphological, structural and electronic properties at the nanometer and atomic scale. This work allowed to study different 2D TiOx phases and the first atomic layers of 2D ZnO, revealing novel structural and electronic characteristics not observed in their bulk counterparts.

I materiali ossidi bi-dimensionali (2D) godono di un crescente interesse scientifico per il fatto di possedere, rispetto ai corrispettivi ossidi bulk, nuove proprietà strutturali ed elettroniche, potenzialmente molto promettenti per avanzate applicazioni nanotecnologiche. Questa tesi descrive uno studio di carattere sperimentale di nanostrutture di ossido di titanio (TiOx) e ossido di zinco (ZnO), composte al più da pochi strati atomici e supportate da un substrato metallico, la superficie (111) dell’oro. La produzione di tali nanostrutture è stata realizzata impiegando diverse tecniche di deposizione fisica da vapore (PVD), quali l’evaporazione e la deposizione a laser pulsato (PLD). Le tecniche di Microscopia e Spettroscopia a effetto tunnel sono state utilizzate per caratterizzare in situ i primi stadi di crescita delle nanostrutture depositate e le loro proprietà morfologiche, strutturali ed elettroniche su scala nanometrica e atomica. Questo lavoro ha permesso di studiare diverse fasi 2D del TiOx e i primi strati atomici dello ZnO, rivelando caratteristiche strutturali ed elettroniche non presenti nelle loro versioni bulk.