Dissertação de Mestrado #651 – Matheus Alkmim Pimenta Henriques de Oliveira – 29/01/2021

Estados Eletrônicos de Superfície na face (111) do Au, Cu3Au e Sulfeto sobre Cu3Au por Espectroscopia de Fotoelétrons Resolvida em Ângulo (ARPES)

Autor: Matheus Alkmim Pimenta Henriques de Oliveira

Banca Examinadora

Prof. Edmar Avellar Soares (Orientador)

DF/UFMG

Prof. Myriano Henriques de Oliveira Junior

DF/UFMG

Prof. Von Braun Nascimento

DF/UFMG

Orientação

Prof. Edmar Avellar Soares (Orientador)

DF/UFMG

Resumo do Trabalho

Este trabalho busca aprofundar os conhecimentos sobre estados eletrônicos de superfícies (111) em metais nobres como Au e Cu3Au utilizando, principalmente, a técnica de ARPES (Espectroscopia de Fotoelétrons Resolvida em Ângulo) que permite obter diretamente a dispersão energia versus momento para os estados próximos ao nível de Fermi. Além do ARPES, utilizou-se o XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons excitados por Raios-X) para averiguar a limpeza e composição química das amostras e o LEED (Difração de Elétrons de Baixa Energia) para verificar o padrão de simetria da superfície da amostra.
Além dos metais puros, um interessante sulfeto sobre o Cu3Au foi formado após processos de aquecimento e também teve a dispersão do seu estado de superfície medido revelando resultados inéditos e importantes, podendo até mesmo ter aplicações tecnológicas.
Os experimentos foram realizados em ambiente de UHV (Ultra Alto Vácuo), à uma pressão base de 1× 10−10 Torr. Assim, a famosa dispersão parabólica com resolução suficiente para visualizar o desdobramento devido ao spin para o Ouro foi obtida, o que provou a ótima calibração do equipamento ARPES usado. Os parâmetros como massa efetiva e coeficiente Rashba obtidos estão de acordo com a literatura. Também foi obtida uma dispersão parabólica para a fase desordenada do Cu3Au limpo. Os estados de superfície dessa face (111) de metais nobres já foram amplamente estudadas e descritas pelo modelo de Shockley na maior parte da literatura, porém, recentemente tem-se relacionado esses estados com os estados ditos topológicos, descobertos mais recentemente. Essa questão conceitual é abordada neste trabalho visando trazer maior clareza para uma melhor descrição dos estados de superfície.
Diferente dos outros resultados, a presença do sulfeto formado sobre o Cu3Au levou a uma dispersão linear, com ponto de Dirac, o que é muito comum nos chamados Isolantes Topológicos. Esse resultado trás um acréscimo ao conhecimento científico, pois não se conhecia um estudo ARPES desse sulfeto sobre Cu3Au, nem mesmo sobre Cu. Além do ARPES, foram obtidas imagens com o experimento LEED e revelaram que esse sulfeto
possui uma interessante estrutura, que ainda precisa ser mais estudada. O padrão LEED obtido é muito semelhante ao mostrado na literatura para o Sulfeto sobre Cu. Unindo isso com o cálculo de concentrações realizado a partir do XPS da amostra de Cu3Au, percebeu-se que a amostra demonstrou ter muito mais cobre do que o nominal.
Logo, entender melhor a natureza física dos estados de superfície e ainda aprofundar os estudos nesse resultado inédito da dispersão com ponto de Dirac para o sulfeto sobre Cu3Au pode ser bastante relevante para avanços tecnológicos e novos materiais.