Subject: [Ayudantes2] Propuesta de Tesis Doctoral

From: Guillermo Acuña <[email-masked]>
Date: Mon, 22 Mar 2004 11:59:10 -0300

Propuesta de trabajo para una tesis doctoral.

TEMA:  “Estudio de la adsorción de moléculas sobre superficies ordenadas 
combinando radiación de sincrotrón y microscopía de efecto túnel.”

DIRECTOR: Dr. Hugo Ascolani.
E-MAIL: [email-masked]
LUGAR DE TRABAJO: Grupo de Física de Superficies,  División Colisiones 
Atómicas, Centro Atómico Bariloche (CNEA).
FECHA: Marzo del 2004.

Las superficies ordenadas, incluyendo superficies puras o con una capa de 
átomos o moléculas adsorbidos controladamente,  son interesantes  objetos de 
estudio desde el punto de vista de la física fundamental ya que éstas  
constituyen sólidos bidimensionales con  propiedades físicas y químicas  
particulares. Desde un punto de vista aplicado es bien conocido que las 
superficies juegan un papel central en la industria química donde se 
utilizan como catalizadores. Además, a medida que avanza la tecnología y se 
reducen los tamaños de los dispositivos electrónicos y magnéticos, las 
superficies e interfaces tienen mayor influencia en el comportamiento de los 
mismos siendo necesario producir  interfaces más abruptas y con menor 
densidad de defectos. En el campo de la nanociencia las superficies 
ordenadas constituyen un  lugar muy adecuado donde construir objetos 
nanométricos a partir de la adsorción de átomos o moléculas, y procesos de 
auto-oganización o de manipulación individual utilizando la punta de un STM 
(microscopio de efecto túnel). Una de las líneas de investigación del grupo 
de física de superficies del CAB esta centrada en el  estudio de las 
propiedades químicas, cristalográficas y electrónicas  de superficies 
utilizando  como herramienta de caracterización  la técnica de 
espectroscopía de fotoelectrones combinada con radiación de sincrotrón (RS). 
Se han obtenido resultados  relevantes como,  por ejemplo, los sitios de 
adsorción y la estructura cristalina de superficies de Si y GaAs pasivadas 
con Sb,   los sitios de adsorción de los radicales OH y NH2 sobre las 
superficies Si(100) y Si(111)  producidos por la interacción de moléculas  
de agua y amoníaco con estas superficies, la estructura de bandas 
electronicas de la interface Ga/Si(111), y la transición de fase estructural 
gobernada por la temperatura que se observa en la interfase Sn/Ge(111)  
[1-6].
La presente propuesta de trabajo consiste en continuar con esta línea de 
investigación estudiando la interacción  de átomos y moléculas pequeñas  
(pueden ser orgánicas como inorgánicas) con superficies ordenadas 
caracterizando experimentalmente los sitios de adsorción, la estructura 
atómica y la estructura electrónica mediante  espectroscopía de 
fotoelectrones y  STM.
Inicialmente se comenzará estudiando la adsorción de tioles (SH(CH2)nCH3) 
sobre superficies de metales (plata, niquel etc.) y de semiconductores 
(arseniuro de galio) en condiciones de ultra-alto vacío  mediante 
espectroscopía de fotoelectrones y de electrones Auger,  difracción de 
electrones lentos,  y STM/AFM en aire.  Este es un tema de investigación que 
nuestro grupo esta comenzando a desarrollar en colaboración con el grupo del 
Dr. Roberto Salvarezza ( INIFTA,  La Plata). La adsorción de moléculas,  
tanto orgánicas como inorgánicas,  juega un papel central en el área de la 
nanotecnología por sus aplicaciones  en la fabricación de nanoestructuras y 
en  el tratamiento de superficies para su pasivación, oxidación, fabricación 
de sensores, biocompatibilidad, etc.. Dentro de esta área, el conocimiento y 
control de la interacción molécula/superficie es fundamental, y  la 
investigación  exhaustiva de este tema requiere de las herramientas y la 
metodología de la física de superficies.
Básicamente, en un experimento de espectroscopía de fotoelectrones se 
ilumina la muestra con un haz de fotones monocromático y se mide la 
distribución en energía y ángulo de los electrones emitidos. La técnica de 
fotoemisión permite obtener una amplia variedad de información que incluye 
propiedades químicas (composición, valencia, estado de oxidación etc..),  
propiedades cristalográficas (sitio de adsorcion, distancias y dirección de 
los enlaces químicos etc), y  propiedades electrónicas ( determinacion 
experimental de la estructura de bandas). Para esta clase de experimentos 
nuestro laboratorio [7] cuenta con fuentes convencionales de fotones como un 
típico cañón de rayos X (líneas Mg K&#61537; y Al K&#61537; con energías de 
fotones de 1253.3 y 1486.6 eV, respectivamente) y una lámpara de descarga de 
Helio (h&#61550;= 21.2 eV) y, también, con amplia experiencia el uso de 
fuentes de fotones muchísimo más poderosas como son los sincrotrones donde 
la energía de los fotones se puede seleccionar de manera continua [8].
Por otra parte, con respecto a la microscopía de efecto túnel la experiencia 
del grupo es mucho menor pero se ha tomado la decisión de desarrollar una 
línea de investigación independiente basada en un  STM que opere en 
condiciones de ultra-alto vacío. Actualmente el grupo de física de 
superficies  del CAB cuenta con un microscopio AFM/STM que opera en aire. 
Por lo tanto, una parte importante del trabajo se orientará hacia la 
realización de experimentos con microscopios STM tanto en nuestro 
laboratorio como en laboratorios extranjeros con quienes se establecerá una 
colaboración específica para permitir al doctorando realizar pasantias y 
desarrollar parte de su trabajo de tesis utilizando microscopios STM que 
operan en condiciones de ultra-alto vacío [9,10].
	Como resultado del desarrollo del trabajo de tesis propuesto el doctorando 
aquirirá un sólida y amplia formación en el área de fisica de superficies, 
tanto desde el punto de vista conceptual como en el manejo de las técnicas 
experimentales propias del área. Respecto de este último punto, el futuro 
doctor resultará experto en manejo de equipos de ultra-alto vacío, 
preparación de superficies ordenadas in situ, espectroscopía de 
fotoelectrones (X-ray photoelectron spectroscopy, Ultra-violet photoelectron 
spectroscopy), espectroscopía de electrones Auger, difracción de electrones 
lentos, radiación soncrotrón, y microscopía de efecto túnel.
	Respecto de la  financiación para  la beca del doctorando se propone  
concursar por una de las  becas co-finaciadas CONICET/CNEA, sin descartar 
otras posibilidades que pudieran surgir.

1.	Direct determination of multiple adsorption sites using chemical-shift 
photoelectron diffraction: Sb/GaAs(110). H.Ascolani, J. Avila, N. Franco y 
M.C. Asensio  Phys. Rev. Lett. 78, 2604 (1997).
2.	Order-disorder transition driven by dynamical effects between the 
Sn/Ge(111)-(3x3) and (&#61654;3x&#61654;3)R30&#61616; phases. J. Avila, A. 
Mascaraque, G. Le Lay, E.G. Michel, M. Gothelid, H. Ascolani, J. Alvarez, S. 
Ferrer, M.C. Asensio. http://arxiv.org/abs/cond-mat/0104259.
3.	Atomic structure of the Sb-terminated Si(111) surface: A photoelectron 
diffraction study. S. Bengió, M. Martin, J. Avila, M.C. Asensio, and H. 
Ascolani, Physical Review B 65, 205326 (2002)
4.	Quantitative determination of the adsorption site of the OH radicals in 
the H2O/Si(100)2x1 system. S. Bengió, H. Ascolani, N. Franco, J. Avila, M.C. 
Asensio,  E. Dudzik, I.T. McGovern, T. Gießel, R. Lindsay, A.M. Bradshaw and 
D.P. Woodruff. Physical Review B 65, 205326 (2002).
5.	Local structure determination of NH2 on Si(111)(7x7), S. Bengió, H. 
Ascolani, N. Franco ,J. Avila,  M.C. Asensio, R. Lindsay,  A.M. Bradshaw  
and  D.P. Woodruff. Aceptado en  Phys. Rev. B (2004).
6.	Estudio de la adsorción de átomos y moléculas sobre superficies de 
silicio: propiedades cristalográficas y electrónicas, Tesis doctoral de 
Silvina Bengió, Instituto Balseiro,  27 de Octubre del 2003.
7.	http://cabcat1.cnea.gov.ar/~colato/grupos/superficies/surfaces.htm.
8.	Grupo de María Carmen Asensio, http://www.icmm.csic.es/antares/; 
Laboratoire pour l’Utilization du Rayonnement Electromagnétique (LURE), 
Orsay, Francia. http://www.lure.u-psud.fr/
9.	Grupo de Gerald Dujardin,  
http://www.ppm.u-psud.fr/En/nanophysics/nanophysics.html
10.	Grupo de Patrick Sukiassian, 
http://www.ppm.u-psud.fr/En/nanophysics/nanophysics.html

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