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5-2 鈷在鉑 鈷在鉑 鈷在鉑 鈷在鉑(111)面成長的奈米針尖 面成長的奈米針尖 面成長的奈米針尖 面成長的奈米針尖

文獻指出,於室溫中蒸鍍鈷原子在鉑(111)面,鈷會先以二維層狀 成長,當鍍量大於3 ML,鈷開始呈現三維的成長模式,隨鍍量增加,

可直接長成三角形的鈷島 [12]、[18],見圖 1.6。在我們的實驗中,

先找到乾淨的鉑(111)切面,如圖 5.24(a),再利用場蒸發使鉑(111)露 出較大的切面,如圖 5.24(b),讓鈷原子有更多機會在鉑(111)面上成 長。

5.24 (a) 乾淨的鉑針,圖中央為(111)切面。

(b) 場蒸發使露出較大的(111)面,藉以增加鈷原子於其上成長的機會。

我們先在室溫中蒸鍍4~5 ML 的鈷於鉑表面,再降溫至 20 K 觀 察鈷在鉑(111)切面上的成長情形,發現鈷在鉑上的成長是依鉑基底呈 現FCC 結構,如圖 5.25(b),乍看之下以為所見亮點是以 FCC 結構排 列的鉑原子,但此時繼續加高成像電壓,待這些原子開始場蒸發,如

(a)

(111)

(b)

(111)

圖 5.25(d)所見,即發現這些亮點的場蒸發電場較鉑原子約低 1 kV,

故可知這些依 FCC 結構成長的原子是鈷。而鈷、鉑場蒸發電場的差 值會依針尖的尖銳度而變,例如:場蒸發電場為 6.2 kV 的鉑針,其 蒸鍍上的鈷原子在 5.5 kV 即場蒸發;而場蒸發電場是 9 kV 的鉑針,

其上的鈷原子加至 8 kV 才場蒸發。

5.25 (a) 乾淨的鉑針表面。

(b) 蒸鍍 4~5 ML 的鈷原子於其上,觀察到以 FCC 結構排列的鈷原子。

(c) 再加高成像電壓,鈷原子排列的 FCC 結構更清楚。

(a) (b)

(c) (d)

數次實驗後,我們發現不時有單顆、雙顆或三顆鈷原子聚集在 (111)面上,分別見圖 5.26(a)~(c),當我們以場蒸發去除此吸附原子 後,即見以 FCC 結構排列的鈷(111)面,如圖 5.27(a)~(d)所示,我們 將這些鈷原子在鉑(111)面的成長情形繪於圖 5.26(d)~(i),分別是對 照圖5.26(a)~(c)的俯視圖及側視圖,圖中淺藍與深藍色表示鈷原子,

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

5.26

4~5 ML 的鈷於鉑上,(a)、(b)、(c)分別呈現(111)面上出現單顆、雙顆、三 顆鈷原子的實驗結果,(d)、(e)、(f)為模擬(a)、(b)、(c)成長情形的結構俯視圖,

圖中淺藍及深藍色表示鈷原子、黃色是鉑原子,(g)、(h)、(i)則是成長情形的 結構側視圖。

5.27 (a) 圖 5.26 中的鈷吸附原子被場蒸發後的場離子影像,圖中央一道突兀 綠光是沙凡因被蒸鍍而放電形成的影像。

(b) 加高成像電場,逐漸看見鈷原子的 FCC 結構。

(c) 再加高成像電場,已可見(111)面。

(d) 持續加高成像電場,呈現清楚的 FCC 結構。

(a) (b)

(c) (d)

(111) (111)

由以上的實驗結果,我們發現鈷在鉑(111)面上是先以 FCC 結構 鋪覆數層,再於其上成長單顆、雙顆或三顆的鈷原子,此 S. K. mode 的成長模式與文獻相符 [12]、[18],由圖 1.6 亦可看出每一個在鉑(111) 面上成長的鈷島皆不盡相同,而我們的實驗進一步證實這些鈷島的頂 端可能分別為單顆、雙顆或三顆鈷原子。

這些在平面基底上直接長成的單顆、雙顆或三顆原子團,其原子 團不固定成長於(111)面的何處,也不總是出現特定顆數的原子團,所 以是一種無特定針形的奈米針尖,2009 年有一篇專門探討此奈米針 的研究 [38],其中提到此針作為場發射源時,具有高亮度的優點。