銀的角色和鎳島成分的討論

根據前三個小節的分析結果，不論是在面積、高度或者個數，均 可發現鎳原子的成長行為。在分布的過程，原本是散亂無規則的排列 方式，但隨著溫度的上升，鎳島喜愛佔據在(√3×√3)重構表面。

相較於銀鍺基底(包括(√3×√3)和(4×4))，c(2×8)的各項數據(面 積、高度和個數)沒有任何的優勢，也就是說它的成長過程是一般化，

可能的原因是因為夾在鎳和鍺之間的銀原子發揮作用。那麼銀發揮什 麼樣的作用呢？

第一個假設是基底的高度影響鎳島的成長地方，雖然在(√3×√3) 和(4×4)這兩種重構中，都有銀原子存在，但不同的是在單位面積的銀 原子數目。有研究指出[40]，這兩種重構的高度是相近的，誤差在±0.1 埃(Ångström，簡稱Å)，但都比 c(2×8)高出約 2.17 埃。若以基底的高 度決定鎳島的成長地方，根據前三節的資訊，(4×4)的面積和個數上皆 少於 c(2×8)，顯然基底的高低不是主要因素。

第二個假設是銀發揮阻擋鎳與鍺形成合金的作用。在鎳鍺系統裡 [10]，存在四種特殊結構島：3×3 島、2√7×2√7 島、7×7 島和六角形 島，這些島必然是含鍺的鎳島，但在鎳銀鍺系統，可以找到有 7×7 島 和六角形島，以下利用溫度的不同，判別銀原子的作用。

在低溫時，鎳鍺系統裡出現的 3×3 島和 2√7×2√7 島，而鎳銀鍺

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系統並不會出現這兩種島，表示銀原子在低溫時，有能力擋住鎳與鍺 發生反應，避免形成合金。在高溫時，兩種系統皆出現 7×7 島和六角 形島，表示鎳在此溫度下，得到的能量比低溫時的能量多，突破銀原 子的阻攔，與鍺發生反應。綜合以上所述，銀原子雖然有發揮阻擋的 效果，但不會百分之百的擋住。

觀察銀鍺基底上(包含(4×4)和√3×√3)的缺陷，在 470K 時可觀察 到有幾處缺陷的地方，如圖 4.3.9(A)，那些缺陷指的是鎳與鍺發生反 應而破壞基底的證據[10]。將溫度升高至 670K 後，並沒有發現缺陷。

原因是因為在這個溫度下，銀有足夠的能量發生重構，所以銀鍺會重 新組織表面的結構，彌補缺陷的地方，如圖 4.3.9(B)。

圖 4.3.9 此為鎳銀鍺系統的 STM 圖。

(A)溫度在 470K，藍色圓圈為銀/鍺(111)-(√3×√3)基底面上的缺陷；綠色圓 圈為純/鍺(111)-(4×4)基底面上的缺陷。55×55nm²，+1.0V

(B)溫度在 670K，銀/鍺(111)-(√3×√3)和(4×4)之重構面皆平整。60×60nm²， +1.3V

(A) (B)

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另外一個值得探討的是在高溫下，這些島的組成成分是什麼？在 圖 4.2.9、4.2.10 和 4.2.11 皆可看到大型且高度極高的島，我們根據 在一篇近期的期刊有研究出在此溫度下的化合物成分[41]，是有 Ni⁵Ge³、

 Ni⁵Ge³和 NiGe，各個化合物所含鍺原子的成分是約百分之三十七。此 外，鎳鍺之間的鍵長是 2.248 埃[42]，且在此篇論文提到，當化合物 為 Ge¹⁰Ni 時，此為最穩定的狀態，也是束縛能*(binding energy, BE) 最大的狀態，如圖 4.3.10。

圖 4.3.10 一顆鎳原子與 n 顆鍺原子的束縛能(n=1 到 20)[42]

換句話說，一顆鎳原子可以抓十顆的鍺原子來形成團聚，進而形 成穩定的合金。同時在先前的研究中[10]，如圖 4.3.11，不同鍍量的 鎳原子，隨著加熱退火溫度上升，原子團的體積會上升，且上升幅度 近似相同，故證明合金的過程鎳會與多顆的鍺進行反應。

(*註：這裡的束縛能指得是當一個原子團要抽離一個原子至無窮遠處 時的能量)。

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另外我們藉由環境來判斷 Ge(n)Ni 的電性，相較鍺原子和鎳原子，

銀原子有較多的電子。從圖 4.3.10 的小圖中，當 Ge(n)Ni 靠近銀時，

會傾向負電性，使整體的束縛能會比較大。

圖 4.3.11 不同鍍量下，鍺(111)-c(2x8)表面單位面積上原子團體積隨溫度的變化[10]

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