Journal article

Surface modifications by field induced diffusion

Authors/Editors

No matching items found.



Research Areas

No matching items found.


Publication Details

Author list: OLIN H, OLSEN M, HUMMELGÅRD M, OLSEN M, HUMMELGÅRD M, OLIN H

Publication year: 2012

Start page: Art. no. e30106

ISSN: 1932-6203

DOI: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0030106

View additional information: View in Web of Science


Abstract

By applying a voltage pulse to a scanning tunneling microscope tip the surface under the tip will be modified. We have inthis paper taken a closer look at the model of electric field induced surface diffusion of adatoms including the van der Waalsforce as a contribution in formations of a mound on a surface. The dipole moment of an adatom is the sum of the surfaceinduced dipole moment (which is constant) and the dipole moment due to electric field polarisation which depends on thestrength and polarity of the electric field. The electric field is analytically modelled by a point charge over an infiniteconducting flat surface. From this we calculate the force that cause adatoms to migrate. The calculated force is small forvoltage used, typical 1 pN, but due to thermal vibration adatoms are hopping on the surface and even a small net force canbe significant in the drift of adatoms. In this way we obtain a novel formula for a polarity dependent threshold voltage formound formation on the surface for positive tip. Knowing the voltage of the pulse we then can calculate the radius of theformed mound. A threshold electric field for mound formation of about 2 V/nm is calculated. In addition, we found that vander Waals force is of importance for shorter distances and its contribution to the radial force on the adatoms has to beconsidered for distances smaller than 1.5 nm for commonly used voltages.

;

Genom att lägga på en spänningspuls mellan spetsen på ett sveptunnelmikroskop och substratet under den kan man modifiera substratets ytan. I denna artikel har vi tittat närmare på elektrisk fältinducerad ytdiffusion samt också van der Waals inducerad diffusion. Dessa två mekanismer kan skapa en liten kulle på substratet under mikroskopspetsen. Dipolmomentet för en ytadsorberad atom, adatom, på substratets yta är summan av det ytinducerade dipolmomentet (vilket är oberoende av pålaggd spänning) och det elektriskt inducerade dipolmomentet vilket beror på styrkan och polariteten hos det pålaggda elekriska fältet. Det elektriska fältet är analytiskt modellerat som fältet av en punktladdning över en oändlig platt elektriskt ledande yta (substratet). Från detta beräknar vi kraften vilken leder till att adatomerna börjar vandra. Den beräknade kraften är liten, typiskt av storleken pN, men tack vare att adatomerna hoppar omring på substratet på grund av den termiska rörelsen hos kristallen de sitter på kan även en liten nettokraft leda till en drift av adatomer på ytan. På detta sätt erhåller vi en ny formel för en polaritetsberoende tröskelspänning för bildning av en kulle under mikroskopspetsen för positiv spets. Vi erhåller även en formel för radien på kullen. Ur modellen kan vi beräkna ett tröskelfält på 2 V/nm för att en kulle ska bildas. Om fältet är svagare bildas ingen kulle. Vi finner vidare att van der Waalskraften mellan en adatom och spetsen måste tas med i beräkningen för spets-substratavstånd mindre än 1.5 nm för experimentellt vanligen använda spänningar.


Projects

No matching items found.


Keywords

No matching items found.


Documents

No matching items found.