Photoemission spectroscopy investigation of metastable bismuth layers on Si(111)-(7x7)

The experimental work is focused on the structural and electronic properties of the Bi/Si interface. The growth of bismuth films of increasing thickness is studied by means of low energy electron diffraction and X-ray and UV photoemission spectroscopy experiments. In the ultrathin limit, Bi atoms are arranged in trimers: this is the β-Bi phase. As the amount of Bi grows, the surface exhibits a pseudo-cubic unit cell similar to the Bi(110) bulk structure. This metastable phase, ruled by the substratefilm interaction, is characterized by the appearance of Bi islands along certain high symmetry directions of the substrate. For thicker Bi layers the hexagonal phase is favoured and the pseudo-cubic phase in no longer present. Angular resolved photoemission gives access to the dispersion relation of electronic states in such a system and allows to study its evolution during the growth. The surface states of the metastable pseudo-cubic phase are identified and discussed with the precious help of the literature.

Il lavoro sperimentale è focalizzato sulle proprietà strutturali ed elettroniche dell’interfaccia Bi/Si. La crescita di film di Bismuto di spessore via via crescente è studiata mediante esperimenti di diffrazione elettronica a bassa energia e spettroscopia di fotoemissione con raggi X e UV. Nel limite di film ultrasottili, gli atomi di Bi sono disposti in trimeri: questa è la fase β-Bi. Man mano che la quantità di Bismuto cresce, la superficie esibisce una cella unitaria con simmetria pseudo-cubica simile alla struttura Bi(110) del Bismuto bulk. Questa fase metastabile, governata dall’interazione substrato-film, è caratterizzata dalla comparsa di isole di Bismuto lungo certe direzioni di alta simmetria del substrato. Per spessori più alti di Bismuto la fase esagonale risulta la più stabile e la fase pseudocubica non è più presente. La fotoemissione risolta in angolo dà accesso alla relazione di dispersione degli stati elettronici in tale sistema e permette di studiarne l’evoluzione durante la crescita. Gli stati di superficie della fase metastabile sono identificati e discussi con il prezioso aiuto della letteratura.