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흡착원자에 의한 열 스텝 펀칭과 표면 제어

전문가 제언: ○ 고체물질은 그 물질의 구성성분과 주어진 성장조건에 의하여 면지수의 규칙에 따라 예정된 격자 면을 형성하면서 성장하는 것이 원칙이다. 실험실에서 결정을 만든다는 것은 결정의 구성성분과 성장조건을 인위적으로 부여하여 결정을 육성하는 것을 말한다. 결정이 성장할 때에 결정계면에는 여러 가지 구조물 모형, 즉 킹크(kink), 테라스(terrace), 스텝(step) 등이 생긴다. MOCVD 방법을 이용하여 미경사기판에 GaAs층을 형성하면 결정 표면에 단원자층이 회합하여 일정한 주기를 가지는 다단 원자스텝구조를 형성한다. 이것을 이용해서 고밀도의 양자세선을 제조한다.

○ 이 글의 내용은 흡착원자가 어떤 미세경사면을 따라 들어갈 때에 흡착원자와 스텝 간의 상호거동을 통계 열역학적으로 조사한 내용이다. 결정경계면의 모형은 RSOS-I(Restricted Solid-On Solid와 Ising의 결합 모델)를 사용하여 PWFRG(Product Wave Function Re-normalization Group) 계산에 의하여 Andreev 자유에너지, 표면자유에너지, 그리고 표면구배와 흡착원자로 인한 Andreev 장간의 의존성을 언급하고 있다. 그리고 흡착원자에 의한 결정 표면의 요철 제어의 가능성도 언급하고 있으나, 이것은 하나의 예언수준이다. 결정의 계면현상의 거동을 들어난 몇 개의 거동인자를 취하여 열역학적으로 취급하였기 때문에 결정계면을 이상적으로 제어하는 지침으로 보기는 어렵다. 그러나 결정성장에 관한 이론적인 연구가 전무한 우리에게는 참고가 되는 논문으로 보인다.

○ 다단원자스텝의 형성과정을 보면 결정 표면의 테라스 위를 확산하는 흡착원자가 상단과 하단의 원자스텝에 밀집하여 들어가는 율이 다르게 나타난다. 스텝펀칭(step bunching)현상은 표면흡착원자가 상단보다도 하단에 들어가서 조밀화하는 율이 클 때에 일어난다. 반대의 경우에는 스텝 오더링(step ordering)현상이 생겨 등 간격으로 정렬한 단원자층 스텝의 열이 표면에 나타난다. 이와 같이 흡착원자를 받아들이는 방법이 다른 이유는 테라스의 양단에 존재하는 어떤 장벽의 크기 때문이다. 결정성장에 대한 이론적인 연구는 우리에게는 생소한 분야로 보이기 때문에 권장할만한 논문으로 본다.

저자: Noriko Akutsu, Takao Yamamoto, Yasuhiro Akutsu
자료유형: 학술정보