在這篇論文的研究中，我利用低能電子繞射（LEED）和角度分辨光電子能譜（ARPES）技術來研究生長在 Ag(111) 上的鍺烯，並將結果分為三個部分。它們分別是：1. 在較高的退火溫度下生長的新的準獨立相(quasi-freestanding phase,QP) 鍺烯，2. 生長在兩個新的 QP 相上的兩種不同的單層 Pb 的晶格，以及 3. 在新的 QP 1 上生長的 3.5 Å 晶格的單層 Au。就第一部分而言，觀察到與之前研究的 QP R30◦ 不同的兩種新鍺烯結構。我分別將它們命名為新的 QP 1 和新的 QP 2。與 QP R30◦ 相比，新的 QP 1在 LEED 測量中呈現明顯的三角形的 moiré 點。新的 QP 2 顯示出分裂的moiré 點。這兩個相的 LEED 點很清晰，表明鍺烯在 Ag(111) 上有序生長。我模擬了兩個新相的 LEED 圖案並推導了相應的晶格結構。它們分別是具
有晶格常數為 3.870 Å 的 Ag(111)-(29/40 4/5 -4/5 8/5)-QP 和具有晶格常數為 3.968Å 的Ag(111)-(√109/57×√109/57)R30°±1.1°-QP。

對於第二部分，我們在室溫下將鉛原子沉積到兩種新型的 QP 鍺烯上。LEED 測量顯示在兩種情況下，單層 Pb 的晶格結構相似。根據重合晶格匹配（HOC），我們分別計算了 Pb 層在 QP 鍺烯上和 QP 鍺烯在 Ag(111) 上的 HOC 密度、晶格應變和旋轉角度。對於 Pb 層在新的 QP 1 鍺烯上，HOC密度為 0.006，Pb 層和新的 QP 1 的應變分別為 3.272% 和 −4.377%。Pb 層相對於底部 Ag(111) 的旋轉角度為 5.685°。對於 Pb 層在新的 QP 2 鍺烯上，HOC 密度為 0.016，Pb 層和新的 QP 2 的應變分別為 1.725% 和 −3.272%。Pb 層相對於底部 Ag(111) 的旋轉角度為 5.209°。

第三部分，我們在室溫下將金原子沉積到新的 QP 1 鍺烯上的 Pb 層上。通過分析 LEED 和 ARPES 測得的數據，我們發現 Au 原子滲透穿過 Pb 層，並在 Pb 層和新 QP 1 之間形成晶格常數為 3.5 Å 的 Au 層，而不是原始的2.88 Å 晶格常數。這是因為一些金原子被困在鍺烯的 honeycomb 中心，導致 Au 層的晶格常數拉伸以匹配 Pb(111) 的晶格常數。

In the research for this thesis, I employed low energy electron diffraction(LEED) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) techniques to investigate the germanene grown on Ag(111) and the results can be divided into three parts. They are 1. new quasi -freestanding phase (QP) germanene grown at higher annealing temperatures, 2. two different lattices of monatomic Pb layers grown on top of the two new QP phases, and 3. a monatomic Au layer with 3.5 Å lattice grown on new QP phase 1. For the first part, two new germanene structures, different from the previously studied QP R30°, are observed. I named them as new QP 1 and new QP 2, respectively. Compared with QP R30°, new QP 1 exhibits moiré spots in clearly triangular shape from LEED measurement. New QP 2 shows split moiré spots. The LEED spots of both phases are sharp, indicating an ordered growth of germanene on Ag(111). I simulated the LEED patterns of two new phases and derive the corresponding lattice structures. They are Ag(111)-(29/40 4/5 -4/5 8/5)-QP with lattice constant of 3.870 Å, and Ag(111)-(√109/57×√109/57)R30°±1.1°-QP with lattice constant of 3.968 Å.

For the second part, we deposited Pb atoms onto the two new types of QP germanene at room temperature. The LEED measurement reveals similar lattice structures of the monatomic Pb layers in both cases. In light of higher order coincident (HOC) lattice match, we calculated the density of HOC, lattice strain,and rotation angle for the Pb layer on QP germanene, and QP germanene on Ag(111), respectively. For Pb layer on new QP 1 germanene, the HOC density is 0.006, and the strains of Pb layer and new QP 1 are 3.272% and −4.377%. The rotation angle of the Pb layer relative to the bottom Ag(111) is 5.685°. For Pb layer on new QP 2 germanene, the HOC density is 0.016, and the strains of Pb layer and new QP 2 are 1.725% and −3.272%. The rotation angle of the Pb layer relative to the bottom Ag(111) is 5.209°. For the third part, Au atoms are deposited onto Pb layer on the new QP 1 germanene at room temperature. Through analyses of LEED and ARPES measured data, we find that Au atoms infiltrates through the Pb layer and forms a Au layer with 3.5 Å lattice constant instead of the pristine one 2.88 Å between the Pb layer and new QP 1. It is because some Au atoms get trapped in the honey comb center of germanene, causing the lattice constant of Au layer to stretch to match that of Pb(111).

After depositing lead on the two types of QP germanene, the LEED measurements reveal highly similar lattice structures for the monolayer lead in both cases.Utilizing lattice coincidence matching, we calculated the coincidence density, lattice strain of the lead layer and QP germanene, and the rotation angle between QP germanene and Ag(111). The results from the LEED simulations for the two samples are as follows: for the first novel QP germanene with lead, the coincidence density of lead is 0.006, lead strain is −3.272%, QP strain is −4.377%, and the rotation angle of the lead layer relative to Ag(111) is 5.685°. For the second novel QP germanene with lead, the coincidence density of lead is 0.016, lead strain is 1.725%, QP strain is −3.272%, and the rotation angle of the lead layer relative to Ag(111) is 5.209°.

摘要 ii
Abstract iv
目錄 vi
第一章 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
第二章 基本理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 晶體結構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1.1 倒晶格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.2 蜂巢狀結構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 表面 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.1 布里淵區 (Brillouin Zone) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.2 表面態 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.3 Wood’s notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.4 重合晶格匹配 (Higher-Order Coincidence,HOC) . . . . . . . . . . . . 9
2.2.5 莫爾條紋（Moiré Pattern） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 光電效應 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
第三章 實驗儀器與原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1 超高真空系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.1 幫浦介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.1.2 抽真空程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 蒸鍍鎗 (Evaporator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 低能量電子繞射 (LEED) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4 角解析光電子能譜 (ARPES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.1 光電子能譜學 (PES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.2 角解析光電子能譜 (ARPES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 光子來源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.1 氦燈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.2 同步輻射光源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
第四章 實驗結果與分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1 Ge 在 Ag(111) 上 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 樣品製備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3 退火溫度對 QP 鍺烯的影響 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.4 在兩種新 QP 相上形成 Pb 層 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.5 在新 QP 相的第一種上形成 Au 層 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
第五章 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

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