Estructura electrónica y fenómenos de confinamiento en sistemas de baja dimensionalidad

Los sistemas de baja dimensionalidad basados en metales o semiconductores han sido objeto de un interes continuado desde hace ya algunos anos. Por una parte, las propiedades cuanticas de estos sistemas ofrecen la posibilidad de analizar el comportamiento fisico en la nanoescala; por otra, son numerosas las posibles aplicaciones tecnologicas basadas en estos sistemas. Entre otros usos, este tipo de materiales se pueden utilizar como una superficie activa en catalisis heterogenea, como un molde para el crecimiento de otros materiales de baja dimensionalidad o en el estudio de las propiedades termodinamicas de estos mismos materiales. En este trabajo hemos analizado las propiedades de varias superficies donde aparecen efectos como estos. La mayor parte de la tesis doctoral consiste en el estudio de la estructura electronica y cristalina de sistemas de baja dimensionalidad utilizando espectroscopia de fotoemision resuelta en angulo (ARPES) para la caracterizacion de estos sistemas. ARPES permite obtener informacion acerca de la estructura electronica de una gran variedad de sistemas fisicos y en particular de los estados electronicos de superficie. Una de las principales ventajas de esta tecnica es la posibilidad de cambiar tanto el angulo de deteccion, como la energia del haz de fotones incidente, lo cual permite barrer tanto los vectores de onda paralelos y perpendiculares de la red reciproca a lo largo de las direcciones principales de alta simetria del cristal. Para controlar la calidad de las superficies obtenidas se realizaron medidas utilizando tecnicas de difraccion de electrones de baja energia (LEED) o de microscopia de efecto tunel (STM), lo que permitio observar las reconstrucciones superficiales, asi como espectroscopia de fotoemision de rayos X (XPS), que es muy sensible a la contaminacion superficial. Algunos metales con orientacion (110), como el platino, el iridio o el oro, presentan una reconstruccion natural (1x2) de su superficie. La reconstruccion se debe a la eliminacion de una fila atomica de cada dos en la superficie, de modo que se forman cadenas de atomos en la direccion ? La reconstruccion (1x2) dobla el punto de simetria ? de la superficie sobre el punto de simetria ? y ambos se hacen equivalentes. Como consecuencia del doblado, desaparece la zona prohibida que existia en el punto simetria ? , de modo que cabe esperar que no exista estado de superficie en ese punto despues de la reconstruccion, tal y como se ha confirmado recientemente para Au(110)-(1x2). Sin embargo, se han observado en este trabajo estados de resonancia en los puntos ? y ? de alta simetria, con un maximo de la energia Page 9 de ligadura de ~0.2 eV, que se atribuyen al estado de superficie tipo Shockley. En el punto ? de alta simetria se observa una separacion (splitting) de las bandas. Los calculos teoricos llevados a cabo permiten asignar el origen de la separacion a un doblado (1x2) de las bandas de volumen. Los metales del grupo II, berilio y magnesio, se caracterizan por una alta densidad de estados superficiales, debido a la existencia de amplias zonas prohibidas en la proyeccion de los estados de volumen. Esto da lugar a intensas senales de superficie en los espectros de fotoemision. Ademas, los estados de superficie de estos materiales (especialmente en la superficie (0001)) muestran un comportamiento de gas electronico bidimensional practicamente desacoplado del volumen. Igualmente, la superficie ( ? ) presenta varios estados superficiales (de diferente naturaleza orbital) que aparecen en emision normal y en el punto de simetria ? Por otro lado, las superficies de Be resultan excepcionalmente interesantes por el intenso acoplamiento electron-fonon que presentan, que incluso permitiria esperar la formacion de una fase superconductora en la superficie a bajas temperaturas. El patron rectangular de LEED esta de acuerdo con la cristalografia esperada para la superficie vecinal de Be( ? ). En este trabajo se ha llevado a cabo la caracterizacion de la estructura electronica de la superficie mediante ARPES. Las medidas en las dos direcciones, perpendicular y paralela a los escalones, para distintas energias de foton, nos proporcionan una caracterizacion completa para los estados electronicos de superficie. Se ha identificado un estado de resonancia de superficie en los puntos ? y ? de alta simetria, que tambien existe en Be( ? ) plano. Los minimos de la energia de ligadura de estos estados son mayores que para la superficie plana, debido al confinamiento lateral provocada por los escalones. La posicion del minimo de uno de los estados de superficie (S1) en el momento paralelo medido respecto a la normal a la superficie optica cambia linealmente con la energia de foton, indicando que la funcion de onda electronica esta referida a las terrazas. En el punto ? de alta simetria se observa la aparicion de nuevos estados con respecto a la muestra plana. Estos estados no dispersan a lo largo de la direccion perpendicular a los escalones ( ? ) en un rango de ±0.2 A -1 para todas energias de foton. Sin embargo si que lo hacen en la direccion paralela ( ? ) de acuerdo a un modelo de electrones libres. La aparicion y el comportamiento de estos estados en ambas direcciones de alta simetria esta de acuerdo con la formacion de estados de pozo cuantico unidimensionales. Los semiconductores de la familia AIII-BV con orientacion (100) presentan un diagrama de fases de superficie con varias reconstrucciones que dependen