X-ray 광전자 분광법을 이용한 Pt(100) 위의 Fe 박막의 산화에 관한 연구

Abstract

X-ray 광전자 분광학적 실험을 이용하여 Pt(100) 표면위에 증착된 Fe 초박막의 산화와 환원에 대하여 연구하였다. 증착된 1.25-, 2.5-, 3.75-, 그리고 7.5-ML를 각각 873 K 과 상온에서 산화를 하여 형성되는 Fe 산화물을 XPS를 통하여 확인을 하였고 특징적인 두께로 2.5-ML 와 7.5-ML를 분석해본 결과 고온에서는 둘 다 산화가 잘 이뤄지지만 상온에서 7.5-ML의 경우는 FeO로 산화가 적게 되었으나 2.5-ML의 경우는 산화가 전혀 이뤄지지 않았음을 확인 하였다. 이는 Fe 3d와 Pt 5d의 전자 상태간의 결합이 이뤄지기 때문으로 생각된다. 각 시료를 다양한 온도에서 불림처리 한 후 스펙트럼 분석을 통하여 철 산화 박막의 상변화를 관찰하면서 철 박막의 초기 두께 및 산화 박막의 불림온도에 따란 화학적 상변화의 경향과 차이점을 논해보았다.; The oxidation and reduction of ultrathin iron films deposited on Pt(100) surface have been investigated by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and their chemical states were analyzed quantitatively. After an oxygen exposure of 300 Langmuir at a film temperature of 873 K, the 7.5-monolayer (ML) iron layers were mostly oxidized as Fe₃O₄ (magnetite), while oxidation as Fe₃O₄ or FeO was observed for a 3.75-ML iron film. Only partial oxidation occurred when the surfaces of the films were kept at room temperature and exposed to the same amount of oxygen. For a 1.25-ML Fe film, oxidation was not observed probably due to strong hybridization between Fe 3d and Pt 5d electron states as in the case of the iron films on Pt(111) surface. On heating the oxidized films at 723 K, Fe₃O₄ was reduced to FeO and eventually decomposed into Fe and oxygen gas. Underlying reasons for these chemical changes of iron and iron-oxide films will be discussed.