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中南大学物理与电子学院先进材料超微结构与超快过程研究所自2011年建立以来,搭建了国内第一套能同时进行自旋-时间-动量分辨的光电子能谱(STARPES)。本文将探讨利用该系统对MoS2(0001)表面的初步研究,包括利用光电子能谱、低能电子衍射、原子力显微镜等表面界面分析手段,对MoS2(0001)的表面原子排列取向、能带结构等性质的研究,和对MoS2(0001)上超薄有机半导体材料CuPc薄膜的生长方式及界面的性质等相关问题的研究,具体内容如下: 1.对STARPES系统进行搭建,获得能够进行有机无机薄膜、单晶材料制备以及能够进行自旋-时间-动量分辨的光电子能谱系统。搭建腔室包括:SPECS公司自旋-动量分辨光电子能谱分析腔、有机真空蒸镀腔、分子束外延(MBE)制备腔、多功能(溅射)腔等,同时将搭建光学平台引入飞秒激光进行时间分辨。 2.在真空中通过解理方法获得洁净的MoS2(0001)表面,利用低能电子衍射观察晶格结构,确定布里渊区高对称线(Γ-K和Γ-M)方向,并通过计算得到光电子出射角度与布里渊区边界之间的关系,接下来通过角分辨光电子能谱测试得到MoS2(0001)在布里渊区M-Γ-K高对称线上的能带结构,并且讨论能带结构中的相关特征。 3.利用真空蒸镀的方法精确控制有机CuPc分子在MoS2(0001)表面生长的薄膜厚度,通过低能电子衍射观察衬底以及薄膜晶格结构发现CuPc分子随着厚度的增加始终沿着衬底表面晶向有序生长;并且原子力显微镜的结果显示CuPc薄膜在该衬底上遵循层状-岛状的薄膜生长模式:在低生长厚度下(约单层薄膜厚度0.3nm),CuPc平行MoS2表面形成均匀的连续的薄膜;在较高沉积厚度下,CuPc沿衬底晶向形成棒状晶粒,表现出明显的各向异性。光电子能谱(XPS以及UPS)的结果表明,薄膜与衬底间仅为微弱的范德瓦尔斯相互作用,界面并没有发生任何的电荷转移,得到的CuPc薄膜最终电离能也间接证明分子是以平躺方式生长于衬底表面。