Growth and doping of MnxOy thin films on copper (111)

O papel desempenhado por íons Mn2+ na reação de redução do complexo oxidante da água faz com que o manganês tenha um papel fundamental na fotossíntese [1]. Neste processo, o papel redutor do manganês leva a formação do oxido de manganês [2]. Estruturas dopadas também são de interesse na fotossíntese, por exemplo o papel desempenhado por clusters de oxido de manganês dopados com cálcio (Mn-Ca-O) que fornecem eletrôns para a reção e que favorecem na captação de luz solar [3]. As propriedades eletrônicas do oxido de manganês podem ser modificadas alterando sua estrutura cristalográfica ou reduzindo sua dimensionalidade (nanopartículas e filmes finos). Neste estudo, estamos interessados em preparar superfícies de oxido de manganês bem definida e modular sua estrutura eletrônica bem como propriedades estruturais através da dopagem com cobalto. Para este fim, fabricamos filmes finos de oxido de manganês sobre um substrato metálico orientado (cobre) depositando Mn, usando a técnica de evaporação de feixe de elétrons (EBE) e variando os parâmetros de crescimento como pressão parcial de oxigênio, p(O2) e espessura do filme. As propriedades eletrônicas foram investigadas por diferentes espectroscopias: fotoelétrons por raios X e luz ultravioleta (XPS/UPS), absorção de raios X (XAS) e a fotoemissão ressonante (ResPES). As estruturas cristalográficas foram estudadas pela difração de eletrôns de baixa energia (LEED) e a morfologia dos filmes foi sondada via microscopia de forca atômica (AFM). Entre os óxidos de manganês, particular atenção foi dedicada ao Mn3O4 e MnO, que foram depositados em substratos metálicos para evitar sua natureza isolante. Ambos xOy sao obtidos em condições de crescimento particular: deposição e recozimento na mesmo p(O2): ∼ 5×10−7 and ∼ 5×10−8 mbar para Mn3O4 e MnO, respectivamente. As medidas de XPS/UPS foram feitas para determinar o estado de oxidação e verificar a formação de diferentes MnxOy. A depender da espessura do filme, diferentes estruturas de Mn3O4 e MnO sobre Cu(111) são obtidas, como observamos com o LEED. Os resultados dos filmes de Mn3O4 dopados com cobalto foram obtidos em um substrato diferente - Au(111). Esta escolha deve-se a sobreposição entre as energias de ligação do elétron auger do oxigênio (O KLL) e dos orbitais do Co 2p. Foram explorados diferentes condições para obter o sistema dopado, ate ser observado características LEED semelhantes ao filme não dopado. Os filmes foram preparados depositando-se alternadas camadas de MnxOy, Mn e Co. Este passo é fundamental para o desenvolvimento do sistema dopado, pois neste cenário nosso resultado sugere que a inclusão de Co não altera as estruturas eletrônicas e cristalográficas dos filmes. As medidas de XAS e ResPES foram feitas na linha de luz PGM do Laboratório Nacional de Luz Sincrotron (LNLS), em Campinas, Brasil.