覆盖度依赖的二次谐波产生识别了Rb/Si(100)体系中的共振表面态跃迁

《Surface Science》：Coverage-Dependent Second-Harmonic Generation Identifies Resonant Surface-State Transitions in Rb/Si(100)

　　

摘要

在碱金属/Si 吸附系统中观测到的大幅表面二次谐波产生（SHG）信号，通常被讨论为与吸附诱导的表面态跃迁相关的共振增强，尽管负责 SHG 信号的具体共振跃迁尚未被确定。在本研究中，Rb/Si(100) 的近红外 SHG 信号的覆盖度依赖性首次揭示了低覆盖度区域两个分离良好的尖锐峰（双峰状峰）。曲线拟合分析表明，这些峰可以一致地解释为涉及双层模型预测的两个吸附位点的表面态间跃迁相关的两光子共振增强。

在更高覆盖度下，观测到额外的双峰状峰结构，并解释为单光子共振增强。然而，在中间覆盖度区域，观测到的 SHG 强度不能完全由表面态间共振增强单独解释，表明存在额外的宽 SHG 组分。一个合理的起源是与从占据表面态到真空能级的跃迁相关的共振增强，对应于表面 SHG 研究中长期预期的连续谱贡献。这些结果与表面态间共振和真空能级相关跃迁对 Rb/Si(100) 的 SHG 响应均作出贡献是一致的。

在 0.5 单层（ML）附近观测到的双峰状精细结构进一步表明，吸附的 Rb 原子在实时观测期间占据两个不同的表面位点，这与原位外 ARPES/IPES 研究报告的单位点占据形成对比。这一观测可能反映了实验时间尺度内发生的吸附位点重新分布，并展示了 SHG 在研究 Si 表面吸附动力学方面的潜力。

章节摘要

引言

在过去几十年中，碱金属在半导体表面的吸附因其在研究金属 - 半导体相互作用、界面形成和金属化过程中的技术和科学重要性而引起了广泛关注。已知碱金属（AM）原子在室温（RT）下以 1 的粘附概率化学吸附到 Si 表面，直至饱和覆盖度。饱和后，吸附模式转变为物理吸附 [1]。尽管

实验

实验装置已在其他地方详细描述 [33,34]。本研究使用了具有 (100)、(111) 和 (110) 取向的硅片。它们被安装在配备 LEED 和 AES 的超高真空室中。当样品在约 1400 K 下经受直接电阻加热时，获得了清洁的表面。重构的表面结构分别为 Si(100)-2 × 1 [9]、Si(111)-7 × 7 和 Si(110)-16 × 2 [37]。碱金属是从

SHG 数据

图 2 显示了在三个不同的硅表面上以 1.17 eV 的光子能量记录 Rb 吸附时，作为覆盖度函数的 S_inP_out 和 P_inP_out 偏振组合获得的 SHG 信号：(1) Si(111)-7 × 7，(2) Si(100)-2 × 1，和 (3) Si(110)-16 × 2。图 (1) 中显示的 P_inP_out SHG 信号重现了低于 1 单层覆盖度时第一个峰或肩（峰 A）、第二个峰（峰 B）以及覆盖度

讨论

获得的线宽与之前的光谱研究一致。在能量分辨率为 0.1 eV 的 ARPES 测量和分辨率为 0.35 eV 的 IPES 测量中，尽管吸附诱导态 S'₁、S'₂ 和 U₂ 的强度相对较弱，但实验上观察到了它们作为明显的谱峰。因此，对于这些吸附诱导的表面态，~0.35 eV 或更小的线宽似乎是合理的。0.4 eV 或更小的线宽 Δ

结论

Rb/Si(100)-2 × 1 的 SHG 强度变化中观测到的双峰状精细结构可以一致地解释为与双层模型提出的表面态间跃迁相关的共振增强。分析进一步表明存在额外的宽连续谱贡献，可能与跃迁到真空能级有关。在 0.5 单层附近观测到的双组分行为也展示了 SHG 用于

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在准备本手稿期间，作者使用了生成式人工智能工具来提高英语文本的清晰度和可读性以及统计分析讨论。作者根据需要审查和编辑了生成的内容，并对出版物的内容承担全部责任。

CRediT 作者声明

T. Suzuki：概念化、方法学、写作 - 审阅和编辑、监督

A. Kokabu：数据获取、验证、调查

CRediT 作者贡献声明

Takanori Suzuki：写作 - 审阅和编辑、写作 - 原稿、可视化、监督、调查、形式分析、概念化。Akifumi Kokabu：可视化、调查、数据整理。

竞争利益声明

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致谢

我们感谢 Fumikazu Saito 博士提供的有益讨论和出色支持，以在作者当时所属的防卫大学获取实验数据。我们还感谢 Katsunari Maruyama 和 Teruyo Suzuki 在本研究过程中提供的出色技术协助和鼓励。

Takanori Suzuki|Akifumi Kokabu

独立学者，日本爱媛县松山市