ИСТИНА

1. Методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии/спектроскопии исследованы особенности, локальной туннельной проводимости, обусловленные наличием низкоразмерных структур - единичных и взаимодействующих адатомов германия, а также доменных стенок на поверхности Ge(111) (рис.1). Обнаружено, что наличие низкоразмерных структур на поверхности приводит к формированию дополнительных особенностей - пиков в запрещенной зоне поверхностных состояний. В случае измерений локальной туннельной проводимости над одиночным адатомом германия - наблюдается два пика в локальной туннельной проводимости, обусловленные переходам из состояний с двумя электронами в состояния с одним электроном и переходами между состояниями с одним электроном в состояние без электронов (рис.2). При измерении над двумя взаимодействующими адатомами обнаружено расщепление одного из пиков, наблюдавшегося при измерениях локальной туннельной проводимости над одним адатомом. Образование двух расщепленных пиков связано с переходам между четырехэлектронным состоянием и трехэлектронными состояниями системы двух взаимодействующих адатомов. Второй пик имеет возросшую амплитуду и набор из нескольких сопутствующих пиков меньшей амплитуды, что соответствует переходам между состояниями с тремя электронами и состояниями с двумя электронами, а также состояниями с двумя электронами и с одним электроном. Для объяснения результатов эксперимента предложена теоретическая модель, которая учитывает, что в связанных адатомах могут одновременно находиться один, два, три или четыры электрона. Каждое состояние с фиксированным зарядом и проекцией спина имеет свою энергию. Переходы между различными состояниями были исследованы с помощью уравнений Гейзенберга для псевдочастиц с ограничением на пространство физических состояний системы. 2. Исследовано влияние электрон-фононного взаимодействия на формирование сингулярных особенностей в спектральной плотности туннельного тока, протекающего через примесное состояние, локализованное в области туннельного контакта. Выражение для спектральной плотности туннельного тока можно получить, применив Фурье-преобразование для корреляционной функции туннельного тока. Диаграммы, дающие вклад в спектральную плотность туннельного тока, представлены на рис.3. В рамках проведенного рассмотрения не учтен вклад от диаграмм, содержащих вершинные поправки. Получены выражения для описания вкладов поправок, связанных с электрон-фононным взаимодействием, в спектральную плотность туннельного тока. Определены доминирующие члены и сделаны оценки слагаемых, входящих в выражения для спектральной плотности туннельного тока. Результаты расчетов спектральной плотности туннельного тока представлены на Рис.4 и Рис.5. Обычный туннельный ток в асимметричном туннельном контакте симметричен при изменении полярности приложенного напряжения. Особенности, обусловленные наличием электрон-фононного взаимодействия, значительно различаются по интенсивности для разной полярности напряжения. Полученные характеристики демонстрируют ярко выраженную асимметрию. На Рис.4 показана ситуация, когда при одной полярности напряжения особенности почти не проявляются, а при другой - отчетливо видны. В случае слабой связи локализованного состояния с берегами туннельного контакта в спектральной плотности туннельного тока появляется дополнительная особенность при величине напряжения, равной энергии уровня локализованного состояния, сдвинутого на величину фононной частоты (Рис.5). 3. Рассмотрены процессы туннелирования в случае двух зарядовых локализованных состояний, находящихся в туннельном контакте. Одно из локализованных состояний образовано примесным атомом на поверхности, второе расположено на острие зонда. Учтена возможность туннелирования электронов из локализованного состояния на острие зонда в состояния непрерывного спектра электронов в образце. Получены выражения как для спектральной плотности туннельного тока без учета кулоновского взаимодействия, так и в случае учета кулоновского взаимодействия между локализованными электронами и электронами проводимости в состояниях непрерывного спектра в берегах туннельного контакта. При учете кулоновского взаимодействия между локализованными состояниями и берегами туннельного контакта для получения выражения, описывающего вклад в низкочастотную составляющую спектра туннельного тока, проведена перенормировка амплитуд туннельных переходов. Полученное выражение для спектральной плотности туннельного тока позволяет описывать особенности, возникающие в спектре туннельного тока в широком диапазоне напряжений на туннельном контакте с учетом кулоновского взаимодействия. В случае, если в полученных выражениях положить частоту равной нулю, предложенная модель описывает формирование дробового шума в туннельном контакте при туннелировании через зарядовые локализованные состояния. Измерены шумовые характеристики туннельного тока при туннелировании через локализованные состояния для различных соотношений констант связи между локализованными состояниями и скоростей переходов в берега туннельного контакта. Изменение величины туннельной связи происходило в результате изменения величины напряжения на туннельном контакте и величины туннельного тока, протекающего через контакт. Меньшему току соответствуют большее расстояние между локализованным на острие состоянием и состоянием, образованным примесным атомом, следовательно, меньшему току соответствует меньшая величина связи локализованных состояний. Изменение константы связи происходило в результате измерений на разных полупроводниковых поверхностях. Исходя из проведённой серии экспериментов можно утверждать, что спектр шума туннельного тока не чувствителен к значению рабочей точки туннельного тока. Интересно отметить, что в случае туннелирования электронов из валентной зоны образца в зондирующее остриё СТМ дисперсия в спектре шума туннельного тока в несколько раз больше в сравнении с дисперсией, полученной для случая положительных значений напряжения смещения, когда электроны туннелируют из зондирующего острия в зону проводимости образца. Такое поведение являлось характерным для проведённых исследований. 4. Исследованы электронные свойства и адсорбция одиночных молекул CoPc на сверхтонком слое NaCl. Изображения высокого разрешения, полученные методом сканирующей туннельной микроскопии, позволили детально исследовать нижнюю незаполненную молекулярную орбиталь изолированной молекулы CoPc. Вид молекул на СТМ изображении сильно зависит от величины напряжения на образце. Обнаружено, что сверхтонкий слой NaCl эффективно ослабляет взаимодействие между молекулой и металлической подложкой, что делает его идеальным для исследования свойств одиночных молекул.