17
Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si111) surfaces: Si magic clusters and their role I.-S. Hwang * , M.-S. Ho, T.-T. Tsong Institute of Physics, Academia Sinica, Nankang, Taipei, Taiwan Received 22 January 2001; accepted 23 January 2001 Abstract On Si111) surfaces, we observed a special type of Si magic clusters with a variable-temperature scanning tunneling microscope STM). At temperatures above 4008C, these clusters migrate on Si111)-7 £ 7) surfaces as a whole. They can hop within a half-cell of Si111)-7 £ 7), but sometimes they hop away from their original halves, leaving the 7 £ 7 structure intact. When this happens, the magic cluster usually reappears at a site a few hundred A Ê away. We characterize its structure and derive path-speci®c hopping parameters using Arrhenius analysis. In the long hops, interestingly, magic clusters exhibit a strong bias for moving in the direction of the heating current. Effects of the directed motion in electromigration and those in thermal migration are determined separately and quantitatively. We also observed ¯uctuations of step edges through detach- ment and attachment of magic clusters. The ®lling of two-dimensional 2-D) craters and the decay of 2-D islands are also found to occur preferentially at the cathode side. These observations provide important clues for understanding the atomic processes in epitaxial growth and in electromigration on Si111) surfaces. Based on our observations, the phase transition of 7 £ 7 $ 1 £ 1 is also discussed. q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. Keywords: A. Surfaces; B. Epitaxial growth; C. Scanning tunneling microscopy; D. Diffusion; E. Phase transitions 1. Introduction The study of dynamic processes occurring on surfaces are of great importance, fundamentally and technologically, as our ability to create complex materials with desirable prop- erties, the stability of these materials, and the control of self- assembled structures depend on fundamental understanding of these phenomena. Earlier study of these processes mainly came from indirect methods and reasoning. Since the inven- tion of scanning tunneling microscopy STM), we are now able to observe the surface structures of conducting materi- als at the atomic scale. In recent years, there has been a growing interest in the use of variable-temperature STM to study the fundamental mechanisms of various dynamic processes occurring on surfaces [1±20]. Si111)-7 £ 7) is one of the most studied surfaces, because it is a model system for the study of semiconductor surface phenomena. Considerable effort has been devoted to the dynamic processes of this complicated surface, such as mass transport [21±24], electromigration [25±27], step ¯uc- tuations [1,28], decay of non-equilibrium structures [29± 32], epitaxial growth [21,33±45], and phase transformations [46±66]. However, the atomic mechanisms for these processes have never been identi®ed. It is generally believed that fast-moving single Si adatoms are responsible for these phenomena. Our STM observations indicate that a special type of Si clusters play a crucial role in the above processes. These clusters are very stable at elevated temperatures and can diffuse on Si111)-7 £ 7) as a whole. We have never observed the fragmentation of these clusters into smaller clusters nor their growth into larger clusters by incorpora- tion of single Si adatoms or clusters, thus we call them Si magic clusters. To understand dynamic processes on the Si111)-7 £ 7) surface, one has to know the atomic structure and dangling bond con®guration in this reconstruction. Fig. 1 illustrates the dimer-adatom-stacking fault DAS) model for Si111)- 7 £ 7) [67], which consists of a faulted and an unfaulted Journal of Physics and Chemistry of Solids 62 2001) 1655±1671 0022-3697/01/$ - see front matter q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S0022-369701)00103-2 www.elsevier.com/locate/jpcs * Corresponding author. Tel.: 1886-2-2789-6764; fax: 1886-2- 2783-4187. E-mail address: [email protected] I.-S. Hwang).

Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�������� ������� ���� �� � ����� � ������� ��� ��� ���� ������� �������� �� ����� ������ ��� ���� �

����� ������� ����� � � �� � � ��

��������� � ���� �� � ������ ���� �� �������� ������� ������

!��"� ## $������ #%%�& ������ #' $������ #%%�

��������

(� ������� �������� � )��"� � ����� ��� � �� ����� ������ ���� � "����)��������� �������� �������

���� �� � �� ��� *� ��������� �) " +%%�,� ��� ������ ������ � ���������- � -� ������� �� � �� � �� ���� � ������ � ����� � ���������- � -�� )�� � ����� ��� � � ���� �� � ���� ������ ��"�� �"��� �� - � - ��������������� .�� ���� ������� �� ����� ����� ����� ������� �� � ��� � �� ������ */ ����� . ���������0 ��� �������� ���

���" ���������1� � ����� �������� ����� *������� �������� �� �� �� � ��� ����������� ����� ������ 2��)�� �

��� �� )��� � � � "��� �� �� ������ � � �� ������ ������� 3����� � �� ������ � �� � �� ��� ������� � ��� �� � ��

����� ������� � �� ������� ������� ��� 4���������"�� . �� )��"� 5������� �� � ��� ��� ��� ��� ������

��� ��� ��������� � ����� ������� � 1��� � �� ������� �� �#�6� ������ ��� �� ���� � #�6 ������ �� �� � ���

� ���� ��������� �� �� ���� � ���� �� )��"��� �� �� "�� ��� ����� ��� � � ������������ �� �� ��� �� ����

�� ����2�� �� ��� ��� �� ��� ������� � � ������� �������� 7��� � �� )��"��� ��� �� ���� �������� � � - � -� � � ��� �� ��������� � #%%� 3�"�� ����� 8��� * ������ ���"��

��������� *� �������& 7� 3����2�� �� ���& ,� �������� ������� ���� �� ��& 6� 6������ �& 3� 9��� �������� ��

� ���� ������

� ����� � ������� �� ���� �������� � ������� ��

� ���� ��� ������ ���������� ��� ���� ������ ��

�� �)���� � ���� � ��2 ������� ���� �����) �� ��

����� �� ���)���� � ��� �������� ��� �� � ��� � ���

����)� ��������� ���� � ��������� ������������

� ��� ��� ���� 3���� ����� � ��� �� ���� �����

��� �� � ������� ��� �� ��� ��� ����� ���� �� ��"��

�� � � �������� ������� ���� �� �� �� ��� � �� � �

�) � )��" �� ������ ��������� � � �������� ������

�� �� �� �� ��� ���� �� ���� ����� ��� ��� )� �

�� ���� ������ �� �� �� � "����)��������� � �

� ����� �� ��������� ��������� � "��� �� �������

�� ���� �������� � ������� :�;#%<�

���������- � -� �� � � �� � �� ������ ��������

)���� �� �� � � � ����� � � �� ����� � ���� ����� �

������ ��� ���� , ������) �� �� ��� )� �" �� �

�� ������� �� ���� � ���� � ������� ������� ���� ��

���� ������ �� :#�;#+<� ��� ������� � :#=;#-<� ��� 5���

����� �� :��#><� ���� � � ��4���)���� ��������� :#?;

'#<� ����2�� �� ��� :#��'';+=<� ��� ���� ������ ����� ��

:+@;@@<� � �"�� �� �� ��� ��������� � � ���

�� ���� ��" �"� )� �����1�� �� �� ����� )�"�

���� ������ "��� ���� �� ���� �� �� ��� ���) � � ���

��� ���� (�� � � )��"��� �� ������� ���� � �����

��� � �� ������ ��� � ������ � �� �� �) " �� �����

�� ������ �� "�� ���) �� "��� ��������� ���

��� ������ � ���������- � -� �� � �� � . ��" �"�

)��"� �� ���������� � � ��� ������ ��� ����

������ � � ���� �� ��� ��� ���� ������ )� ��� �� ���

�� � � ���� �� ���� �� � ������� ���� � �� ��� ��

����� �������

��������� ������� �� ���� � �� ���������- � -�������� � ��� � A� � �� �� ��� �������� ��� �������

) �� � �1������ � �� ���� �� �������� �� B��� � ��������

�� ��������� ������A��� ���� �6*�� � � � � ��������

�- � -� :@-<� ����� � ������ � � ����� ��� �� �������

$ ���� � 9������ ��� ,������� � � ��� @# �#%%�� �@==;�@-�

%%##�'@?-C%�CD � � �� �� ����� � #%%� 3�"�� ����� 8��� * ������ ���"��

9��� �%%##�'@?-�%��%%�%'�#

�����"���� �C ���CE���

� , ���� ����� ���� �� �� �>>@�#�#->?�@-@+& ��2� �>>@�#�

#->'�+�>-�

������ �������� �������F����������������� ������ �������

Page 2: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

������� �� ������ �� ������� )� ���� � �� ���

� ��� � �� � �� ��"� ��� ) ������� 2������

��� )� ��A��� 1������ � � ������ ���� �� ����� ���

�������� ������ )������ ���� �� ������� ��� :@><� 3���

����� ��� ��2 �� ���� ��� �� � ��� ����� ��

� ��� ���� ��������� ���� � G,H �� �� 1���� ��� ��

��� ��� ����� �� �� ���� ��������� ���� � G3H ��

�� 1����� 3��� ���� � ��� � ������� ) �� � �� � ��

� � � �� �� ������ ��� �� �� ����A� ���� � G� H

����� �� ��" � ������� ) ��� �� �� �� �� �� � � "��

� ��

� �� ����� ������ �� ���� �� � ��� ��������

�- � -� ������� ����� �� ������ ��� ��� � � � � ���

� � � �������� ���� ���� �������� ��������

� �"�� ��� ��� ) � ��� � ������� ������� ���� ��

���� ��������� �) " +%%�, � � ����� 4�����

�� � ��������� �) " =%%�,� B � �� ���� � � �� �� �� � ������� �� � � ��������� ���� �� ������ � ������

�� �������� �� )��"�� .�� �� ���� �� �����

� � �������� �) " +%%�, � ��� �� �� ���� � �����

�� �� ���� ��������� �) " +%%�,� �� �� � �� �������� ) �� � ���� ��� � ����� �������

*� ��������� �) " +%%�,� �� ��)����� ��� ��� ������ 5������� (�� � � )��"��� �� �������� ���� �� 5���

����� �� ��" " �� ����� � � �� ����� ������ ��� ����

��� �� ���� � ��� ��� ���� � � ����� ������ ���

������ �� � �� �� 5�� ������ � - � -� ��� � ��������� � � �� ����� ������ � - � -� ����� )������

������� ���� �� ��)����� ��������� ��� 2���� ��

1��� �� � #�6 �� ������ �� ��������� �) " +%%�,� � ����� �� �� ��0 � �� )���� ������ �� ���������

�) " +%%�, �� � ��� ��� �� ����� � � �� ����� �������� .�� � �������� ����� ����� ) � � ������ ��0� ��

��� �� �� � ��� �"�� ����� �������

�� ����� ������ �� �� �� ��������� ���� �� ����

������ �� � ���������- � -� �� �������� �) " +%%�,� ���� "�� ���������� ���� �� ����� ������ ��� ��A � "��

�� ������� � � ��"�� ������ */ �� � �� ������������

�� �� � �� 2��)�� � ��� �� ������ � ���� �� ���� �

������ �� �� ������ ����"��� ������� �� ������� �����

���� � ��A ���� �� � ������ ������ �� ���� ������ ��

�� � ������ ������ �� � )���� ������� �� ����� )� �

����� ����� ������ �� �� ����� �� �� ��A� �� G��

�� ������� �H ����� 3��� ������� � ��� )� �����1� �

) �� ��E � ���� � � ����� � ����� ����� �� ��������

�������� :#=;#-�@?;-'<� �� �� �� � ��� �� � � ������

���� ������ � ������� � ����� ����� ��� �������

������� !��� 2������� ������ �� ������ ����

������� ���� � ����� ������ ��� ��" � �� � ��� ��5��

�� � �� �" ���� � ������ � ��� �� :#=�#@�-�;

-'<� � �"�� ����� )��"��� � � ���� ��� ������� �

"��� ��� �����1���� � � ������� � ����� �� ��� ���

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@=@

B��� �� � ��������� ������A��� ���� �6*�� ����� � � ��������- � -� �� � ������ � � ����� ��� �� ������� ������ 3��� ��� ��� ��2���� ��� �� � ��� ����� �� � ��� ���� ��������� ���� � G,H� ��� �� ��� ��� ����� �� �� ���� ��������� ���� �� G3H�� ��

�� �? ������� ) ��� �� � �� � � ��� - � - ���� �� �# � � ���� ��� ��2 � � ��� ���� ��� ��� � ����� �� � ��� � �

Page 3: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

����� � �� � � ����"� ���� �� ���� ����� � �� �����

������ � ���������- � -� :�?<��� ������ � � �� )���� ������� � �� �� �� E���� � ��

����� ������� �� ��������� ��� �������� � �����

������ �� ��� ��� �� 2��)�� � ��� �� ������ ����

� �� ������ � � �� ������ ������� ��� ����� �� ��

�������� 1��� � #�6 �� ������ �� � �� �� ������

��� �������� � ����� ������ �� � �� ����� �� ���

�� ���� � ���� � �"��� 2���� 1�� � �����

�� �� �� ��� � �"�� " �� �� �������� �� �� "��

���������� ���� ���� ��A 2���� 1�� ��� ��" ����

�� ����� ������ �� )��"��� �� �� �� �� ��� ���

��� ��" �� � ��� � � �� ��������� ������������ �

�� ���"��� � �� � ��� ������� � ��� ���� ��� ��

���

*� ��������� �) " �>@%�,� ���������- � -� �� ������� ��� ��� � ��� ���� � � � ����� 3"� �� ��� ���

��" )� 4��� � ���)� � ������ � ���� ���� �������� ��

�� ����� � �� ��� ���� ���� ������ ��A� ��� �

����� ������ �� �� � ��� � ) ����� �� �� ��� ����

����� ��� ��� �� � ���� ��� ���� ���� �� ���

2� �� ������ �� ���� �� ��� �� ��� � ����� ����

� ��� ���� ���� ��� �� ) � ��� �� �� ) ������� �

- � - � ������ �� ���� ����� � �� � � � 4�������" � �� �����) �� ������������� ��� ���� � � � ������� ���� ������ �� ���� ����� � �� ������ �� ���� � ��

���� � # �����)� �� 2������� ��� �� (�� 2����

���� ����� �� ������ �� ���� � '� ����� ��

� �� )� ����� �������� �� �� ���� � +� � � ����

�� � �� �� ���� � =� �� ���� ����� ������ ��� #�6 ������

��" � ) ������������� ,����� �� � � ���� � ��

��)������ )���� ��� ��" "�� ����� �� ��� ���������

���� �� ������� �� � �� �������� �������� � ��

��)������ �� � ������� #�6 ������ �� ����� ���� � ��

��)����� ��� ���� �� ��� ��������� �� �� ��� �� ����

� �� �������� ��)������

� ������������ �����

(�� 2������� �� ��� ��� ����� � $(38 � �

�$� ��+=%%I � �� �� ��������� "����� �J�I� ����)�

���� � )�� ������ � = � �%��� � ��� ,�� ��������- � -������� �� � ���� ������ )� ������� �� ���� ��

� ��#=%�, ��� ��� � ��� � �� �� � ��� � �� ����

��,C�� � ������ � � � � �� �� ���� �� � �����

��� �� ��� � ����� � ������ ���� � ����� � �������� �

� �� ����� ������� *� �� � � ����� �� ���� ������

��� ��� "���� )� ������� ������ ��� ��� �� ����� .

����� � � # � � ��� � � �� ����� ����� � ���������

� �������� ������ ��� )����� )� �� ����� ��� ��

��� ����� ��� )� ���)���� ���� � ����� � ��� �

�������� ��� ������ � �� �� �������� ��������

�� ������� � ) ��% ��� �#�,� ������"�� ����� �� ������� �� ���� � ������� �������� � ���)�

� �������" � � ����� �� ��4����� � ��� �����

"�� )��� �� �������" � � ����� �� �� �� � )

�� �� � ��� � )��" ��� �� ���� �����

� �������

. ) ������ � �� ���� �������

������� �� ���������- � -� ������ ��� ������ )�

������� � ������� ���� � � �������� �) " ?%%�,�� �� )� � � � � ���� �� �� "����� ��� )��� ����

� � �%��% � ��� "�� ��� � ����� � - � - �� �������� ����� �� ����� � �� ) �� ����� ���� � ��� � � �

��������� (� ���� � ����� �� �� ����� ������ ��

)��"�� � �"�� � � �������� � � �� ����� ������

� �� ) �� ��� �� �) " ���� ��� ����� � �

�������� �) " =%%�, )��5� ��� 4����� � � �

��������� B��� #���;��� �� �� � � ����� � �� �����

������ � ���������- � -�� ��� ���� ��� 4����� � � � �������� ���� ������� � @%%�, � � ��% �� �� �������� � � ��� ������ ��� ��%�# �� - � - ����

�� B��� #��� �� � 1������ ���� � �� ������ ��A�

�� �� ���� )��� � ���= I� �� ������ ����� ���= */����� ���� �� ���� ��� )�� �� ����� ������� )� ��

���� � � ��� ������� )����� �� ��� ) �����

������� ���� �� ��� ���� � � �� ������ )���� ���

�� ���� �� �� ����) ���� ������ �� ������ ���A�

���� ��� � ��� �� ���� ��� B � �� ���������

������ ��� �� ����� �� �� ��� ����� �� �� �� �� B���

#�)�� K � ���� ��� ������ � � � 2��)�� ���� � �������

� �� �� :��#<� . 1�� ���� �� ����� �������� � ��

����� ������ �� ��������� ����� ������ ����� �

�� ��� � ����� �� B��� #��� �� �� � '6 � � ���� � � ��

����� ��A� ���� � ������� ��� �� �� ���� )��� �

���# I� ��2 �� ����� �� �� � � ��� ���� ��� ������

)������ ���� �� ����� � � ���� �� � �� )������ ���

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@=-

B��� #� � � ����� � �� �� ������ ��A� �� �� ���� )��� ����= I ���� ����# I �)�� ��� '6 "�� � � �� ����� ��A� �� �� ���� )���

� ���# I�

Page 4: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

��� � ���� �� � �� � �� �� B��� #�)�� .��� � � �����

� )��"� ��2 �� ����� �� � ���� 4�� )�������� � �

������A ��������� . ��� �� 1������ ����� )����

�� ������ ����� ��A � � ������� ��� � ����� ��� *� �

)��� � ������ �%�>� ��= */ � �� � 1������ �����

� �� �� � "�����0 �� ������ � � ���� ��� ���

�� ��� ��� ��� ��'�# */ ������B��� ' �� �� �� �� ��� � � � � �� ���������- � -�

�� �������� � ���� ���A� � ���� �� � �� �� � � �� �����

�� �� B��� #���� � ������� )��� �� �� ����� �� ��

�'�> */ � ����� �� ���� ���� ���� �� ��;�� ) �� �����#�' */ �� .� ���� �� � ���� ���� �� ����� �� )�)�

� ������ � � ���� ��2 �� �� ��� � ����� ���)� �� ����

���� �� � �� )��"��� � � ������� )��"� � � ��

������ �� ��� ��� � ) )��� ? ��� �= :�><� 9����

��������� � � �� ����� ���)� ��� �� �� ��� ��������

��� ��" � �� � ������� �� ����� ������� ���

. & !������ ��� ��� ������������ � �� ���� ������� ��

��')))*�'- � -*

* ��� � �������� � � �� ����� ������ ��� )��"�

� ��� ���������- � -� ������� �� ��������� �) "

+%%�, ��� �� � �������� � ������� ���� �� ���������

��)����� ��������� � � "�� ��� ������ � ��

������ �� � �� � ���������- � -� :�>��?<� B��� + �� ��� ���� � � � ����� � � ����� � ����� �� +-%�,� ��� �� � �� ����� �� � ����� ����� ������ � ������ )�� � ��

���� �� ����� ��� � � �� � ��� �� �� �� �� �� B��� +��

��� ���� .�� ���� ������� �� ����� ����� ��A� � "��

�� ������� E���� � � ����� � � ����) ���� ������

�� �� B��� +��� �� �� �� � � �� ����� ��� .��� � �����

� ������ �������� :-+;-@<� � ������ �� ���� �

� ����� ������ ��� �� � � ����� �� ��������� �������

�� � +'% � =%%�, :�><� � ����"��� � ����� ��� ��

��4���� ���� �� � � ��� � ������ ��� ) �������

����� �� *������� � �� �B��� =�� . �� � ��� ���� ��

��� ���� �� �����)� )���� �� ������ � ����� ����

� � � � "��� ���� �� ������� ���� �����

*� 2��� � �� � �� � ����� ������ �� �� �� ��

B��� @� 6� � �� ��� ���� ��� � � "� �� �� � �����

�������� �� �� ��� ��������� �� � � � �� "��

� �"�� � ��� � � ��� ���� �� � ���������- � -���� ��� ) "�����0�� * ���� (� ����� �� ��� )�

��� ��� �� �� )��"��� � ��# ��� ��"� �� � ���A�� *��� ����� ����� �� �� ������� ���� � ��� :�������� ����

� ���� ��� � �� B��� @���< ��������� �� � � �#% � :B���

@�)�<� )�� � �� �� �������� �� �� �� ���� ���

� �� ����� ���� �� � ����� ��� ��� �� � �������� � �

�� ����� ������ �� +=%�, �� �%�%%# ��� ���

�# � �%�- */ �#� ������"�� �� �� )�)���� ���� � �������

����� ���� E���� ��� �� ���� �� ������� � ) ����

���� %�%%#' �� +=%�,�.� ���� �� � ����� ���� ��� ��

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@=>

B��� '� � � � �� � � "�� � ���������- � -� ���� ���A� � ���� � � ��2 �� ����� �� �� �� B��� #����

B��� +� ���;��� �� � � � ����� � � �� ����� ������ � ������ ��

�� �� �� � ����� � � ����) ���� ��� ��� ��� �� �� �� � �����

�� � �� ���� ���� �� ����� �� ��A� �� +-%�, �� �� ����

)��� � �#�% I�

Page 5: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�� ��� ������ 8���� �� ��� �� ����� ������ �� � ���

��� �� ���� ( :B��� @���<� ��� �� ����� ��������� )�

� )��A ��� �� � ��� � ������ � � ��� ��� :B���

@���<� *� ��� �% � ���� ���� ����� � ��� � �� ���

�� ���� ��� :B��� @��<� . ��� � � �� ��� ���� � �� ��

������ �� ��������� � ���� �� ������ �� �� � �� ����

��� ) �� � � "�� � ������� � )����� ��� �� �����

� ��� �� � ��� � �� ���) ��� ���� � ���� ����� �� �� ��

�� B���� # ��� +�

������������ �� �� � �� � �� ����� ������ �� B��� @

2��)�� � ��� �� )��� � ���� �� ����� ���� ���� ����

� �� ������ � � �� ������ ������� . �"��� ��

������ � � �� ������ ������� � �� � �� �� ��

� ��� � ) ��������� � �� �� ������ ������ �� (��

���������� "� �"�� �� ����� �� � �� �������� ���� ��

�� ����� ������ ��" � )��� �@=;>%L� � � � �� � �� ��

������ � � ���� �� ���� �� ��� � �� ) �� 1��� �����

)��"��� � � ���� ��� ������� � "��� ��� �� 1���

�����1���� � � �� ��������� ������

���� ������� � �� ��" ����� � �� �� � ��� ��

��� ����"���� � ����� ������ � �"���� � ����� �� �

���� � �� ������ ������ ��� �� � ����� ������� "����

"� � ������ ����� ������ �� ��� ������� � ����

� �� �� � ��� � �"���� "� � ��������� "�� ��

�� � �� �� � �� �� � ��#�M��&� �� �� � �� ���)� � ��

� ���� . � ��� ���� �3�� �����C� ��� � �� �� ������

������ ������ � � � ) �� �� ��� ����� ������ ������

��� ������� � �� � ����� ������� �� � �� "� ����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@=?

B��� =� ��� ��� �)� �� � *������� � �� � � �� � ����� ������ ��� �� � �� ����� ��� ������� ������� ������"��

B��� @� � ������ �� � �� � �� ����� ������ � ���������- � -�� �� 1" ����� �� �� �� �� � �� � ����� ������ ���� � ?�# � ���

����"� ���� ��A� �� �� ���� )��� � �# I ��� �� +=%�,� � ���� ��0 �� >%% � @-% */ � � ������ ������ � �� �������� �� �� �������� ���� � ��� �� ���� ����� �� �� �� �������� ��� �������� ������ � � �� ��)������

Page 6: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

��� � �� ���� ���� � �� ������� /�� �� ����� 0�/�

��� � �� ���� ���������� � �� ������� ��� �� �����

0��� � ���� ����� �� � ����� ������� �� ��� �� � ���

������ �� ���� � ��� ������� �� � ��)���� �"���

� � �� /�� �� ����� 03�� ������� �� �"��� ��

��������� �� � ��� ������� �� � �� ���������

�� � ����� ������� � "������� ���� ������������ � ��

4��� �� )�) �� �� ��� �� ������ ��� ������ ��

����� ������� � ����� 1 �� � ������� �� � � ���

�4��� � � �� ��� �� ���� ��� ������� �� )���

#�

��� ��� � � �� ������� �� ������� �� � ��������

������� � ) �� 03� ��� 1 � �� �� �� �� B��� -� ��

��� �� � ��� ������� �� 03� �� �� "������ �

���� ��� �� � �0� � �1��� � �� ������ ��� 4��������

��"� �� ������� � ��� ������� � � ����"���� ����

���� . � � ����� �� �������� �) " =%%�,� �� � �������� ��� �� � �������� � � �� ����� ������ )��� �

���� ���� ��� �� ��� �� � � � ����� ������ ����

��A � �� � � ������ �� �������� ����"�� �� ��� ���1���

� ������ ����� ������ � ��� � ����� ���� ���� �

���� � )���� ���) ���������� �� ���� ���� ����������

. . ���� 2� �������� ������� �������� ��� ���� ����� � ��

���� �������

� ��� ��� � ������� ��" )� � ��� � 5������ ��

"��� ��������� :��#><� (�� � � )��"��� �� ��

��������� )��� +%%;=%%�, �������� ���� �� �����

������ ��� � ������ � �� �� ��� 5������� ��� B��� >

�� �� � �4��� � � � ����� � �"�� �� ������ ��

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@@%

B��� -� ��� ��������� ���� �03�� �� � ��� ������� � ��� ��� ����� ������� � ���� �1 �� )����� �� ������� ��������� ���

� � �� ������� ������ � �� � )��� �� ������� �� � �� �������� �"���� � � �� ���� ������ B � ) �� �� ��� ����� ������ ��

)��� �� ������� � �� � �� �� ������ � � ������� 3��� ���� � ��� �� ������� �� � ���������� ���%% ��@%� �� � �� � � �� ����� ���

���� ����� � ������"��� �� %�%= ��� %�%� �� � � �� ����� ��� ����� ������ ������"�� � ������ ������ ��� ������ � ��������

���� �� ������ ������ �� � �� �� �������� ���������� ��� ������ � � �� ��)������

Page 7: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�� �� ��� ��� ��A� �� +=%�,� * �� ������ "���) ��

B��� >��� �������� �� B��� >�)�� �� )�)� �� � ���� ��� ��

� ���� � �� �� ��� �� � � �� � �� )���� �����

��������� )� �� ��� ��� � ����� ���� ����� ���

����� ������ ��� ������ �� �� �� �� B��� >��� ��� ����

� ����� � � � �������� � � �� ����� ������ �

���������- � -� �� "��� ��������� ��� ���� �� �

�� ������� � � ����� ������ �� � ��� ��� � ��

- � - �������

. 3 ��� �� �� ��� ����� � &�0 ������ ��� &�0 �������

�� ��� )� �� ��� ���� � #�6 ����� � � #�6 ����� ���

) �� ���� � ��� ���������- � -� ������� ��� � ��������� ��� �� ����� � �� ������� ��� �� ���������

�) " +%%�, :#?;'#<� *��� ����� �� ��� ������)

��������� ���� ���� ��� ��� �������� "������ �

���� ��� )������ ������� ���� �� ���� ���������

. � ��� ���� � ����� ��� �� ) ����� )� ����

E������ �� ��� ��� �� �������

. ����� #�6 ������ ��� ���� �� " ��� � � ������

� ��� ��� ����� �� ������ � �� )��"��� �� )� �����

���� � �� :#?;'�<� 7����� �� � ���� ������ � �

������� �� �� ���� ��������� �"�� �� �����

� ����� ������ ����� �� ������ ��� ���� ��)�4���

��� �� ���� � ��� �� ����� ��� B��� ?���;��� �� �����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@@�

B��� ?� 9������� ��������� � � �� ����� ������ ��� �������� 1��� � �� �� ����� �� �� ����� ���� � ���� �� ����� ��

��A� �� �� ���� )��� � �# I ��� �� +>%�,� ���� ��� �#� ��� �' ��� ��" �� ���A��� � ���� ��0 �� '=% � '%% */ � � ��� � ��� ���'%% � #-% */ � � ���� � ������ ������ � �� �� ��� �� ���� �������� �� B��� @�

B��� >� * �4��� � � � ����� �� ���� 5������� �� �� � ��� ��� ��A� �� +=%�, ��� �� ���� )��� ����= I� � ��� �� �������� ��

��� �����

Page 8: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�� �� �� � �� � ����� ������ ���� � ����"�� ?�# �

���� B��� ?��� �� �� �� �������� ����� � �����

������ �� �� ����� ���� � ��� � �� ������ �

������ � � �� ������ ������ �� �������� �� � )��A

��� � �� �� �������� ���� � ���� B��� ?�)�;��� ��

��������� ����� ��� �� ���"���" �4C�/ �� �� ���

�� ������ �� ������ �� �� ������ ��� ��������

�� � �� ��� �� ����� � �� �� � � � � ����

�� �������� ��� �� ������ ) �� ����� ��� ����� ��

������ *��0����� �� ����� ���� � ��� �� 1� ��

���� � � ������ ���� �� ���������� ���� � ���� .

�� � ��� ���� �� �# � ���� � � �� ���������� ����

� ��� ������ ��1� ���� �� "�� ��� � ���

:B��� ?���<� .�� � �"��� �� ������ � � ������� �

�������� 1��� � �� ����� �� �� ���������� ����

� ��� �� ��� 3"������ ���� ���� �� �� �� �� ����� )�

�� ����� 1� �������� ��� �� �� �����

������ ���� �� �� �� �� ���� �� ��� � � #�6 �� �����

��� �� )��"�� �� B��� �%� � ��� ���� � �� ������

������ � � ����� �� � �� �� ����� �� ��� ��� ����

�� � � � �� �� ����� ������� �� ������ �� � � ��� ����

#�6 �� ������ ��� � ���� ��������� �� � �� ���

�� ���� �� ��� �� ��� �� ���� � ����� . ��"

�"��� �� ������ � � �� ������ ������ ��� )��"�

�� �������� ���� �� � �� ���������� ���� �� � ��

������ �� ��������� ������� �� � +%% � @%%�,� �� ��"���� ���� �� ����� 1� � � �� ����� �� ������

������� � � �� ����� ������� )�� �� �� ������ �� ��� �

�������� � ����� ������ �� � ����� ���� � �����

1� ��� �� ����� �� ��� �� ���� � � ��������� �

����� ������ � �� ��� ��� ������� �� �� ��������

1��� � �� ����� �� �� B��� ?�

� #�6 �� ������ ����� ���� ���� ��� ��� ��� ����

�� � � �� ����� ������� )�� ����� ��� � )��"� ��

�� ��� � �� ������ )� ���������� � �� ������� �����

�� ������ � �� ��� 5������� �� �� �� �� B��� >� *� 2���

� �� �� �� �� B��� ��� 6����� �� 1��� �� ��� � #�6

������� � ����� � �� ��� �� �������� � �����

������ �� � �� ����� ��� ("��� �� 1��� �� ���

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@@#

B��� ��� � � ����� �� ���� 5������� �� �� ����� �� ��� ���

�������� ��� ��������� � ����� ������� � ���� ������

��� �� +=%�,� .�� � ����� � � )���� ����� ������ �� ���

�"� )���� � ��� ���� ��� � ���� �� ����� ������ � ���

K ����� ��� ������ �� ������� � � � �� - � - ��� ����� ��� ���� ��� � "����� �� ) � �"��� ��� - � -� � ������� � �"�� � � � �� ������ ������� � �� ����� ���

B��� �#� * �4��� � � � ����� �� ���� �� �� �� ���� � � �

= � = ������ ��A� �� +@%�, ��� �� ���� )��� � ���= I�

*��� �� �� �� ��� ���� ��� � � ����� )� ���� ���� ��

"�� � )�� ��� ���� ��� ����� ���� � ) �� "�� � �"��

��� �� �� � )� �� ��� � ��� � ���� ��� � ��� � ����� ���

) �� � �� �� ��� � # � #�

B��� �%� 9������� ���� ����� � � �� ������ �� � �� �����

���� �� � �� ������ ��� � ��� ��" �� � ���A�� � ����

��0 �� +=% � '>%*/ � �� ����� �� ��A� �� �� ���� )��� ��# I ��� �� +=%�,� � ������ ������ � �� �� ��� �� ���� �����

���� �� B��� @�

Page 9: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

� ������ "� �� ���� �� ���� ����� �� ����� �� "��

���� 1� ���

�� B��� �#� � = � = ����� ������ �� ��0 ���� ����

.�� �� )���� ����� �� ���� ���� � ������ ��0� ��

����������� ��� ���� �� ����� ������ ������ :B���

�#���;���<� � �� ����� �� B��� �#��� �� �� ����� ���)

)���� �������� � ��� �� +@%�,� . )�" �� �����

�� �� �� ��� � � ���� 1" �� ����� ������ :� B���

�#���<� )���� � ��" �� �� �������� � � � ����

1" ������ ���� �� �� ���� � � �� ��� A��� � ��

������� � � � �� ������ ��� � � � �� - � - ��� �� � ���� �� �� ���� � ���� ����� �������� �� � �� ����

���� *��� �� �� ���� � � �� ������ �� " ��� � � ��

����� ������ �� ���� ��� � ��� � � �� �������� �� ��2�

� �� ����� - � - �� �������� � �� �������� �� B��� �'� � ��� �������� �� ������ � � � % � �� B��� �#����

. + ���� ����� �� ���������� �������

�� B���� �# ��� �'� � ��� ���� ��� � �� ����� )� ����

���� 7���� � ���� � �� �� � ���� ��� �� �� ��� ������

��� �� ���� ��� � ���� � ) �� "�� � � ���� �� ����

���� �� �� ) ������ � �� ��� �� �� �� � )� ��� ���

) �� "� ������ �� # � # �� ����� �� B��� �#���� ���� ���� ��� � �� ����� �� ��� �� = � = ������ )���� ������� �"�� ������ � � ���� ����� ���� ��� ��

������� ��� �������� �� ������ �� 2� ��� �

���� ��� �� ������ ��� ��� �� ��� ���� ��� � ����

�� ����� �� �� ���� � :B��� �#���<� � ��� ���� ��� �

�����A� �� ��0 ���� ��� ��� ��� ��� ������ ����� � ��� ��

- � - �������� �� � �� ) ������ �B��� �'�� ��� "�����

�� ���� ��� ���� ��� � ���������� 6����� ���� �� ����

�� ���)� � ����� ������ )������ ������ ���� ����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@@'

B��� �'� * �4��� � � � ����� �� ���� �� ��2��� � � �� ��� ���� ��� � ���� �� ����� �� �� ���� � �� B��� �#� � �������

� ����� � �� �� ��� �� �� B��� �#� � ��� ���� ��� � �� �� ����� )� ���� ����

Page 10: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

)�� �� �� �� �� ��� �� 5������� �� ���� � � #�%;##' ���

� ������ ��� ) ����� ����� )� �� ����"� � ��

����� ������ �� � - � - ������� ��� �� ���� )� ������ � ����� ������ � �� - � - ������� ���� ��

� �������� � � �� ����� ������ � - � - �� "�� ��� ������ ��������� �� ��� ���� � � 5������� �� �� ��

���)� � ����� ������ �� �� ��������� �� ���� � ��

��� ���� ��� � �� ���� ���������� *������ ����� ����

��� � � � ����� � � � �� �� ��� ���� ��� � ��� ��� �

� � 2��)�� ��� ��� �� �������� � )��� ��� ����

� ��� ���� ��� �� ��� �� ) �� �� �� ����

�� ��� � #�6 �� ������ �� B���� �%;�#�� �� �� ���

��� ��� �� - � - � ���� ) �������� B��� �+ �� �� ��������� ������ �� �� ��� ���� ��� �� �� �� ��� ���

��� �� - � - � ���� ) �������� K � ���� �� � �������� � � ����� ������ � �� - � - ������ �� �����1����� ���3"� �� ��� �� �� ��� �������� �� �� ��� ����

��� �� ���� � ) �� "� �� "��� ��������� )��

� � �������� � � ����� �� � ���� �� �� ��

��� � # � #� ��+ � #�� ��� ��

'� � ��

'�� � ����� ��

"�� ������ � B��� + �� !�� :@'< ��� ��� ��"� ��

� �A� :==�=?<� B����� �������� �� � �� ��� ���� ����

��� ) � ��� �� ���� � +�=�

. % 5����� � �� �� ��')))*

B � �� ��� � �� � ���������- � -�� ���� ������� �������� �� )��"� ��� �� ���� �������� ���

) � +%%�,� ��� ��������� �� ������ � �� �

)��"� �� �"�� ��"� �� � �A� :#'�#+�+'<� ��

������� 2��� � � �� �� ����� ������� ���������

���� ������� � � �������� �) " +%%�,� ���� �2���� ���� �� ���� �� �� �� � �� ������� ��� ��

����� ������ 1��� ��� �� ���� �������� �� ����

� ����

. � �� ����� � ������ ���� ��� ���� ���� 2��)���

��� � ���� � �������� � � �� ����� ������� �� �� �� ��

B��� �=� �� �� ������ )� ��������� �� ������ ������ �����

�� � "�� �'% � �"�� ���� ������ ���� ��������

������� ���%%%�,�� � �� )� � ����� 4��������

������� ����� 2��)����� ���� � ���� � �������� � � ��

����� ������ �� �� ������ )� I��� � �� �� ��

���� � � ����� �� �� ����� � B��� � �� :+=<�� B��� �=�)�

�� �� ���� �� ��������� � �� ����� ������ � �� ���

�� ��� �� � ��� ��"���� . �� ���� � � �����

������ � � �� ������ ��� ���� �� ���� A��� � ��� ����

��� �� . ����� �� ���� ���� ���� �� �� ������

��� ������� �� � �=% � ?%%�,� (�� � �� ����� �� ������ ���� ������� �� ������ ��� �� ������ � ���

� � ���� ���� � ����� ���� ���� � ���� � �������� �

� �� ����� ������� � �"�� ��� � ��� �� ��� � ��

�� �� ��%�%# � � ���� �� �� ���� �� ���� A��� �

������ �� )���� ������ ����� ����� �� �� ��� ����

��� � ���� ������ �� ���� � � �������� �) "

+%%�,� *� 2��� �� �� �� �� B��� �@� ��� �� ����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@@+

B��� �=� � � ����� � � ������� ������ ���� � ���� � �������� �

� �� ����� ������� � ���� �������� �� =#%�, ��� ��

���� )��� �� �# I� ��� ��� �)� �� � �� ��"��� � � ��� ��

��� ��� ��������� � ����� ������ �� �� �� ��� ���

B��� �@� ��� ��� �)� �� � 1������ ��� ��������� � � ����� �

� ������ �� ����� �� �� ��� ���� ��� �� ��A� �� �� ����

)��� � �# ��� �# I� ������"��

B��� �+� � � � � ����� � � ������ ����� �� � � � �� �� ��

����#�,C�� ��A� �� +>%�, ��� �� ���� )��� ����= I� � ����� �� 5��������� �� ���� ��������� � �� � �� ����� ������

�� �� �� �� ��� �� ��� �� - � - ����A��� ���� ) ������� � ������ ��� ) �� � �� - � - ����

Page 11: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�� ����� � �@%%�, ���� �� ���� � � �� �� ��� ,������ ���� ��� �� ��� � �� �� �� ��� ��� ������ ��

������ � �� ����

� ����������

3 ) �� ���� ������� ��� ��� �������

� �����1���� � � �� ����� ������ �� �� ���������

���� �� ���� ������� �� ���� � ������� ������� �� "��

����������� ��������� � � �� ����� ������ � �� � ��

������� � � ��� �� ��� �� ���� ��� �� ��� ���� ���

� � ��� �� ����� �� � ��� ���� �� �� ������ � A� �

�� ����� �� ��� � �1������ � � �� ������� �� ��"

)� �"�� �� ����� ������� �� � �� �������� ��� ��

����" ���)���� � � �� ������ �� �� ���� :--;>�<� .

��" ���A� �� �� ��� �������� � ��� �� ������ ����

��0 �� � ? � �=� )�� � � � ��� ��� 2���� �� � �

����� � �� �� ����� ������� � �� ������ � ��"

)��"� �� � ��" � 5���� �������� ���� �� � �� � ��

�� ������� 9� )�)�� �� �������� �� )��� ��

��)����� ��� �� ������ ��" ����� � �� 1�� ��������

� �� ������� ��� �� �� � � � ������� ������� ��

� ������ �� ����� �� ��� � �1������ � � �� ��

����� ������

3"� �� ��� � � � � A� � �� 2��� �� ��� ������

��� � �� ����� ������� �� ����� �� )�)� �������

���� �� ������ � ������� ) ��� ��� ��� �� ���� ���

��� ����� � �� � ���� � � �� ������ �� � � �����

�� �� �� �� ��� � � �� �� �� B��� '�� � ����"��

�� � ����� � � �� � ����� � �� ����� ������ ��

B��� =� �� ������ ���� )���� ��� �� � � � �

��;�� ) �� �������� �# I� (�� ���� �� ���� �� ��;��) ����� ����� �� ������ �� ���� ��� ��� ���� ����

�������� � ���� �� ��)������ ��� �� 2����� ��� ��

����� ������ ��� ������ � �� �- � -� ������ �� ��

����� ��� ��� ��� ��� ��A "��� ����������

� ������ ���� � � � � � ��� ���� � �� �� ������

�� ��������� � ���� ��� �� ������ �� �� ��" �

���� �� ������� � )����� ����= I� ������ �� ��

E����� 9� )�)�� �� �� ������ �� ���) ��� ���� �

���� ��� ��" � ����� �� � ��� � ) ����� )�

�� � �� �� ������ ��� ) ) ��� � ������ - � -���� �� � ������ ������� �� � �� E���� ��� ��

���� �� � ��������� � � � �� ����� ����� � � ����

�� ��� ���� ��)����� ������ ) ��� �� ��� ��

)� A�� � �������� ��� ) ��� � �� � �� ����

������� � �� � �� )� 8���A ��� 8������ :>#< �� ����

� ���� �������� ������� �� � � *��+% ����� �

�������� !����� N�� " �� ������� ���� ��

E���� � �� ���� � � ��� ������ ���� ��� �� ������

����� �������� �� ��� ��A ��������)����� �������

�� �� :>'<� * ����� �� ����� ����� � �� �����

�� ���� �� ������� ��� �� �������� � �� E����

� ��� �������

3 & ��� ������������

3����� � ������ ��� ������� � ��" )� �� ��� �

������� ����� ����� �� ���� ������"�� � ������

�" �� )����� � ���� ������� )� ��� ������

������ ���� )������� ����� � 4��������� ������

��)������� ������ ������� � �� ������ � � �� ����

��� ������ ��� �� �������� � �� ���� :#=;#-<�

9�"� �� � �A� �� ��� ��� ��� )��"� �� ������

���� �) " ?%%�,� �� ����� ��������� �� ������ �� ���� ��� ���� � � � ����� (�� ����� �� �����������

)���� ��� ������� � � ���������- � -� �� ���� �

��������� ��� � � 2����� �� ������ � � �� )����

������� � � ����� ������� �� ��������� ��� ��������

� ����� ������ �� ��� ��� �� 2��)�� � ��� �� )���

���� � �� ������ � � �� ������ ������� (�� )��"��

�� �� �� "���) � � ������������ �� ����� � �� ���"���

� �� � ��� ������� �� )���� �� ����� �� ���

"��� �� ����� ��� �� ����� ��� ���) � � ���

�� ���� �� �����1��

� ���"��� � �� � � ��� ������� � �� �����

)�"� � � ����� � �� ������ ��� ����� � �� �� �

�������� � )��� �� ������� � ����� ��� �� �����

1�� ��� �#� ������ ���� � �� �� � � ����� �������

�� �� ��������� � �� ������� � ����� )� � "��� ��� ��

� � �� � ���� � �� ��� ) ��� �� �� �� )��"��� ��

)���� �� ����� ������ �� � �� ��� �"��� �� ������

���� �� �� ������ � � �� ������ ������ � ) �� �� ���

����� ������ *� � �� ��������� �� �� 2�������

�� � � � � �� �� ����� � ��" � ��� ������ ������

:>+< � �� ��� �� �������) ���� � ��� *� � �� �����

1� � ��� �� ��� )� �� � �� ���� �� 2���� �����

1� ���� ��� �� � ����� �� 1 ��� ���� ������ � )��� � �

������� � � ������� ������� :>=<� ���� �� ����"��� �

���� � � ������� � � ���� ����� � ������� �� � ��

��� � � I� �� �"��� 1�� �� �� ����� � � ��

��� � �;�% IC��� � �%�-;�%�> IC*/ � ����� � )

���� � � � �� ��� ���� � ��� �� ������� � )��� ��

�� �� ������ * ������ ���� �� ��� ������� � � �� �� �

��� ������� ��� )� ������ �� ���� 1� � � ���� �

�� �� ��� �� ����� 1� ������� � �� ��� � %�� IC

*/ # �� ����� :>@�>-<� *����� ���� 1� ������� �� ����

���� � �������� ���� ���� ���� ��� 2��� �� ��

������ �� �� "�� ���������� ���� �� �� ����� ������

��� 2��)�� ���� � ��� �� )��� �� ������� � ���� � ���

2���� ����� 1��� �� �� �� ��00��� ��� �� ��� �� ���

�� � � ����� ������ � �� ��� ��� ��� �� ��������

� ����� ������ �� � ��� ��� 2��)�� � ��� �� )���

���� � �� ������ � � �� 2���� 1��

. � � � ��" ��� �1��� ����� � ��� )��"��� ���

(� � ���)���� �� ���� �� �� 1�� �� ���� ��� ��� ����

�� �"��� ����� 1��� J���� � � � ���� �����

7���� � �� ��" )��"� ���� ��������� �� ������ �����

��� ��" ��� � � � ����� ���� �������� :>>�>?<� �

��� ���� � � � �� ����� ����� ��� � ���� �� ��

������ � ����� ���� ���� �� �� 1� �� ��� �� �����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@@=

Page 12: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�� �����1����� ���� ���� �� �"��� 1�� * � �����

���� �������� ��� )� )��"� �� ��� ��� :>>�>?<� ����

�� �� � ���) ���� �� ����� 1�� �� ��� ��� � �������

�� �� ���� ��� ��� ���� �� �"��� 2���� 1��

������� �� �� �������� ��������� ��� �������� �

�� ����� ������ �� ��� ��� ��� �� ���� � ����

���� � ��" �����1� �� ������� � ����� ��� ������

�� ��� ������� � 4���������"� � � �����������0�

��������- � - ������� ���� ��������- � - ��� ) ��� �� �� � ����� � � ���� �� ��� ������������ � �� �����

� �� ���"��� � �� �� ��� ������� �� ��� ��������� ���

�������� � ����� ������ �� ��� ��� ���� �����

������ ������� . )�" �� ���� "� ���� �� ���

������������ � ��� �� ���� �� � ���� �����1���� �

���� ����� � ���� ��� �� � �� � ���������

��� ����� � ������ ��� ������� �������

3 . ��� �� �� � �������6�� ���� �����

� ���� �� ���� � �� ������ ��� �� ������ ��" )�

)��"� ��"� ��� ���� ������������� � � :#?;'�<�

)�� �� �� ��� ����� ��� ���) � � ��� ��� ���

�� � � �����1�� �� �� �� )�)� �� � �� ���� ���� ��

���� ��������� �� �� � ������ �� ���� � ����� �

���� �� ��� ���� ��� �� �� � �"��� ��� �� - � -�� �������� � �� � �� �� ���� � ����� ������ ���

��A ���������� � �� � - � -� ���� ��� ���� � )

�� ���� �� �� � ���� � �A�� �� ������ �� ����� �����

���� ��������� � � �������� �������� �� �����

��� ��� �� ���� � ��� ��� �� ���� (�� �����

�� �� ���� ���� A��� � ���� �� �� � ������ "� �� �

@%%�,� � �"�� �) " =%%�,� ���� ���� �� �� �� � � ��

�� ����� �� � ��" �� �� ��� )���� ����� �����

)� � � � � ������ �� ����� ����������

� �������� 1��� � �� ����� ��� �� ���� � ���

��� �� B��� ?� ��� ) 2����� �� � ��� �� �� �

� �������� � � �� ����� ������ � "��� � �� ������

�� �������� �) " +%%�, :�?<� ��� ������� � �� �����

� �� �� ������ � � �� ������ ������� � � � ��� ��

��� �� ������ ��� ������ � �� �� ��� �� ���� �

���� ������� �� �������� 1��� � ���� ��� � ���� �

�� �� �� �� ��� �� ���� � � ����� ������ �� ����� ���

��� �� ��� � � �

9�"� ���� �������� � �� �� ��� ���� )��"��� �� �

�� � ���� � � � = � = ����� :'�<� �� ��� ) 2����� ������ � �� )��"��� �� � �� ����� ������ �� �����

���� * ����� � �� = � = ����� �� �� �� ���

�"�� ����� ������� ����� ��� �� ��� �� ���� � ��

�� � �� ������ �� ����� �� � ������� � ���� �� *����

��� �� �� ��� �� ������ � �� 5������� �� �� ��� � �����

��� �� �� �� B���� > ��� ���

3 3 �� ������� ��� ������ �� ��')))*

� ���������- � -� �������� ��" "� �� �� �������� � � �� � � � �� ���� � �� �� �� �� 6*� � � �� �� ��

B��� ��� K����� � � � #�6 �� ����� � ���� � ������ ��

2���� � ) "�� � �������� B����� �� - � - �� ��������� � ��� � ) � �"��� ��� �� )�A��������� ���������

� � �"��� � � � ���� � ��" "� �) ����� ���%%�� �� �� �� �� ������ �� �������� �� �� ��� �� ���

�� ��� ��%% �� �� �� � � �� � #�6 ����� ���� ��

- � - �� �������� � � ���� � )�A���������� ���������� �� *������ �� �) " �� �� ���� ���� �������

� ��� ������ ������ � � � �� ������ ��� ���� �����

�� � ��" "� �� ) �� )��A��� ��� � ����� � �#%% ���� ��� � � � � ���� �����O �� ��� � � ��� �� �

��"� �� ������� 3������� �� � � �� ����� ������

��� � � ���� �����1�� "� �� ��� �"�� ������ ��"

)��"� �� ����� � �� ����� ������ :'+�'@�+%;

+#�++�+=�==<� � � �������� "� ���� A �� �����

������ �� ���� �� �� ���

P� ��� � #�6 �� ������ �� �� � � ���"��� � �����

��� �� ��� �� ��������� ������ �� ���������

�) " =%%�,� � ����� �� ��� �� �� ����� �� �� �� ��������� �� - � -� ��� �� �� ��� ��" "� �� � �"��� � � � - � - ��� � ��� �� �� ����� ��� �� )�A����������������� �� � �� �� �������� � � �� �������� � �� ��

����� ���

�� ��" )� ���� ������ � � � ����2�� �� ���

� ������� ������� :#��'';+=<� *� ���� ���������

) � �+%%�, �� � � ���� ���� �������� "���� �� �

�� �� � �� ��� )���� �� �� � � ��� � ����� �� ��

���� �������� �������� ) � =%%�,�� �� ���� � � ��)� � ��� � �� �� �� ����� �� ������) ������

� �� �- � -� ������ :#'�#+�''�+'<� ���� �� ������ - � -�� �������� � ������ ������� ������ �� ���� � �� �� �

�� �� ��� �� �� ��� � - � - ��� ��� �� �� ���� :''<�.�� �� ���� �������� �� ����� �) " �+%%�,������� � ��� �� ��� � �������� �� ������ ����� ��

�� �� � "��� �� ���� � ��� �����2�� �� ���� :''<� ��

��� �� )� �� ��� ���� ��� �� �������� ������ � �

#�6 �� ������ �� - � - � ���� ) ������� � �� ��� ����� � � ��� � :''�'-�'>�++�+=<���� �� � � �� � � �����) ������ � ��� �� ���

� �������� �� ������ � ���������- � -�� (� �������

�������� �� ����� ������ �� "�� ���) ����" � ������

� ��� ��0� ��� ���� �� �� ����" ��) � � ��� � �� � �� ��0

)� ������ � � � �� �� ��� 6� ���� � � �� �� �� � ��

1��� �� � � ����� � � ������� ����� � ����� � �� � ����

���� ��0� ���� �� ����� ���)�� B����� �� ���� � ��

���� �� �� ������ �� �� ���)� ������ � ����� �������

����� ���� � ����� � � ���� ������� ������ ������ ��

� )� � �� ������ ��� �� �������� � )��� ����� ����

��� �� ��A� � �������� � �� ����� ������ �� �������

�� � ���� � �� ��)������. ���� �� � � ���� �� ��� �����

)� �������� � � �� �� ������ �� �������� � ��� � � �

�� ����� ������� � �� )� � ������ � �� �� ��� �

)���� ������ . �� ���� �� ��� G� ����� ����� �H� *�

���� ) ���)��A���� �� ��" "�� ���� �� ��� ��� � ��A

��� �� "��� ���������� B � ������ � � � )����

����� � 5�� ������� � ��"� ��� ����� ���� �� ��

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@@@

Page 13: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

��" "� �� � ����� ����� � ����� �� ������ �� � ����

@� ��� � ���������- � -� :�?<� (�� ������ �� �����)� ������ � '�@� �������� ���� �� �� ����"� ���1��� � ����� �

�� ����� �� �� ��" "� �� �� ����� ������� 9������ ���� ��

�� � �� ��A �������� � )��� ����� ������� 6����� ��

�� ���� �� ���� �� ���� �� � ���� �� ������ ��� 2���

��� ����� ����� ���� �� ���� �� ��� � �������� �� ��

��� ������ �� �� ���� � �� ���� )�� ��� ����� �����

�� ������ � �� ���� �� ��� ��" ��� ��� �������� ��

���� ������� ������ ��� ��� ����� �� � ����� ����� �

� �"�� ������� �������� �"�� �� �����������

��� ������ ����� � ���

� � � � ��" �� � �� �� ��� � ��������

2���� ��"� �� 2������� )��"��� �� )� �������

������ �� ���� ������� ��� ������� � ����� ���� ��

�� ��� �� ������ �� ��� ���) � � ������ � ���

�� ��� � ���������- � -� :'+�'=<� J���� � �� ���

)��"� ���� �� ��0 � �� ��� �� ������ �� �� ��

� �� ��� ��0 ���� �� ���� � � �� �� �� � ��������

�- � -� �� "��� ���������� �� �� � �� � � ������ �������� � � � � � ������ � � � �� ������ *� ��

)�������� ��� �� ��� �� ������ �� � ��� � ���

����) ���� - � - ��� ��� ���� �� ����� � � ��

����� ��� ��� �� ��� �� � �� ������� ���� ��

������ ��� �� � �� ��0 ���� �� ��������� �� �� ���� ��

3"������ ��� � ��� ��� � �������� ����� ��� �����

��� ��� �� ����� ��� �������� �� ����� �� ��� ��

����� �� � �"��� ��� �� � ��� ����A���� . )�" ��

�� ��� �� ������ ��� )��"� �� �� ����� ������ �

��" �� ��� ��� � �"�� �� �������� �� � �� ��

���� � ����� �������� � � � ��� �"� )� )��"��

� � "�� �� ����� ����� � � � � �� � �� ��0� ��� ��

��� �� �� � �� ������ �� � �� ��� ��0�

������� ��� � � �A�� ��� ������������� � � �

���� �� " ��� � � �� ������ ������ �� ���� � � ��

�� �� :++<� �� � ��� ���� �� ���� �� 1��� �������� ���

��� ������� ����� ��� �� ��0 ���� �� ��������� � "��

�� )�� �� ��� �� ���� �� � ������ ��0� �� ��� ���

�� ��� �� ��� �� ������� ����� �� �� )�)� �� �����

������� �� ������� ���� �� ��� ��� ����) ���� ���

�� ��� �� ������ �� ��� � � ������ � � � ��

������ � � � �� )������ � � ��1���� � � �� � ���

��� �������� � � �� � �"�� ��� ��� � � ��" ��� ���

�) �� �� ��0 � �� ��� �� ��� �� ������� B� � ��

)��"��� � � �� �� �� ���� � � � = � = ������ ��

�� �� �� B��� �'� ������ � ��" "� �� ��� ��2 �����

������� �� ������ �� � � � ���� *������ �������

� �� ���� ���� ��� ��� � � )��" �� �������0��� � � �

��� �� ��� �� ����� � � � ����� � �� ����) ����

��� �� ��� �� ������� �� �� � ������� ���� ��

)��"��� �� ��� �� � ��

!����� I ����Q��� � �� ������ ��C������� ����2�

������ �� �� ��� �� ��� �� ���� ��������� ����� � �

:'>�'?<� �� )��"� ��� ������� �� ��� �� �����

������ ��������� � �� � ���� � ��������� �� �������

������ � �� �� �� �� ��� �� � ���� ) ������� �

- � -� ��� �� ��� �� �� ����� ��� �������� � �� � �� � �� ����� � �� - � - ���� �� ��� )��"��� �� �� �� � ���� ������ � � � �� � � � �� � ��������� �����

�� "�� � �� )�� ������ �� ��� � �� � � �� ����� ��� ��

��� � ����� ���� �� ��������� � ������ � �� �����

� ���� ��� �� ��� ���� )������ ��� �� ������ � �

� �� � � � �� �� ����� �� ��� �� ������ ����

)������ *������ ���� )��"��� �� ��� ) 2����� )�

�� � ����� ����� � � ����� ������� B � �� �����

��������� ����� �� ��� )� I ����Q��� � ��� �� �����

��� �� �������� )� ���� � ��� � ������ � � �

�� � � � �� �� ����� �� �� ������� )���� ��

� �� �4��� �� ��� � ������ ���)� � ����� ������

� ��� �� ���� � �� �� �� ����� ��� ��� �� ����� ���

� �� - � - �� �������� � �2� � �� ������ ��� �� ��� ��� � � � �� ��� � ���� � � �� ������� �� ����� �

�"�� ����� ������ �� �� ����� ���� *� � �� �������

��� � ����� ������ � ����� � ���� � ��� ����

�� ����� �� ��� ��" " � ����� ����� � � �� �

� �� ����� �������

B � ������ � ��� �� ��� �� �� ��� ���� ��� �� ��

����"��� � ���� ��� ) 2���� � ) �� )���� � �

����A��� ����� � �� ��)������ *� � �� � �������� � �

����� ������ �� �� �� ��� ���� ��� �� �� ���� �����

���� � �� - � - ������� ���� ������ � �� � � �A� � ���� �� �� � ��� ��� �� ���� � �� ����� ��� � ��

2���� �� ������ ������ � � #�6 �� ������ �� - � -� ���� ) ������� � �� ��� ���� ��� �� � � �������

�� �� �) �� �� �� ��� �� �� ��� ���� ��� � ��� ) ��

�� ���� � +�=�

�� ���� ��"� �� ������� ���� �� ���� �� �� � �����

�� � ) ��� ���) � � ���� ������ ��� ��� 5������� ���

������ � ��� �� ���� (�� ������ ������� ���� ���� ��

���� �� �� ��� � "�� ��� � � � 6� ���� ���� ��

���� �� ��" )� � ��� � ) � )� ������ � ����� �

- � - �� � � ��������� ��� ��� ��� � � )��� ���

�� �� ��������� ������ ) � �%%�, :#'�#+<� � �����"��� � � � � ����� ��� �� �� ����� ��� ������ )�

��� � �� � ) ���+ I :#+<� ��� �� ���� �� ���� ��

�� 2���� � )� �� ���� ��������� �%%;+%%�,� � ���� ���� ��� 5������� �� � � � ���� �� ���������

) � +%%�, �������� ���� ���� �� �� �� � � � ��� ��

��� ����� � �� �� ������ � ��� �� ��� �� ���� ��

� �� �� ��� 5������� ��� *������ ���� ������ � ������

�� ���� � � �� � ���������- � -� ������� ���� ���� ���� �� ������� ��� �� ������ � � ���� �� ���� � ��

"��� ���������� * ���)� � ������) ������

��� ����� ������ �� � ��� ��� �� ���� ��������

�� ) � +%%�,� )�� �� ����� ������ ���"�" ��� ���������� �� ����� �) " ��� ��� �� � ��� 2��� ����

�� � �������� � � ���� �� ���� �� �� "�� ��� ��

��������� �) " +%%�, ���� ����� ��� � �� � � ���

��� ��E � � �� �� ������� �� ���� � ������� ���

� ���� "�� � �������������� ������ � ������� ��� ��

��� ����� �������� � � �� ������ � �� ��� � ������� ��

������ � �� �� :?%�?�< ������ ���� �� ������ ����

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@@-

Page 14: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

���� � ������ ��0 ��� ������� ����� ��0� �� ���) ��� ���

�� � �� ��0� )�� ������ ���� ���� � 4�� � ���� ��0 ���

� ����� � � ���� � ����� ������ ������ � ���������

���� ������� �� �� ������ � ��� �� ��� � � � � �� �� ��

�� �� ��)���� � ������ � � "�� �� ������� �� �����

�� � �� �� �� �� �� ������� ������� ����� )���� ��

��� �� �� ����� � )����� � � �� ��� �� ���� � � �� ��

��� ����� ��� :?#�?'<� *� ���� �� �� )� I ����Q���

� ��� ��������� � �� �� �� � �� ��������� �� ����� �����

� ������� �� �"�� ������ :'>�'?<� �� �� � � ���� ����� �

�� �� ������� �� ������ � �� �� � ���" �� ������� �

)����� � �� ���� �� :#�<� � � ��� �� � ���� ����� � )�����

� � �� �� ��� ��� ���� �� �� �� ����� ������� ����� ����

���� �� ���� ��� ���� �� ��� ���) � � �� ���� ������ ���

�� �� � � ��� ��� �� ������� � )����� � ���� �� ���� ��

� ���������- � -� )����� )� *���� �� � �� �� � ��

����� ������ :#�< � � � � ��� ���� �� "�� ������

)� ��� � �� ���� ����� � � )��"��� � � �� � �����

� �� � :#+<�

� � ����� � � ����� ������ ����� �� ���� � �

��� ���� ����� �� ������ ����� � �� ��� �������

� � ������ � P � ���������- � -� )� N Q�� � ��

�� 2��)�� P ������ � �� ��� ��0 �B��� ' �� :?+<��

P ����� � �� � ��� � ����� ������ ������ �� ��� �

�������� !����� � � � ����� � ���� ��� ���� � �

���������- � -� �� �� �������� ���� -%%;>%% N ���

������ �� )� ��)����� � �� :?=<� ��� � � )��"��

�� �� �� ��� ��� �� � � ��������� *��� 2� ���

� ����� �� � ��� � �� ������ �� � ��� � ��������

�- � -�� � �� ����� ������ �� � �� ����� � �� )���� ���� 1������ ���� ��� � ������A �������� �� �� �����

���� ���� ��A� �� )���� ) � # I� � �������� ��

"�� ������ � �� � � ����� � �� ����� ������� ��

������ �� ����� ���� ��� ��� ����� ��� ���� � � ����

�� ���� ��������� � ���� 5������ �� ���� � �-'% N������ ��� 1��� 2� �� � ���� �� � � ��������� ���

)��"� � �� �� "�� ������ � �� )��"��� � � �� �����

������ ���� �� ���� � � �� �� �� � ���������- � -�� ����� "�� 2������� )���� ) �� J�I ������ "�� � �� ���

�� � �J�I�,I6� ��� � ���� )�� ����2� ��73� � �

� � ����2�� �� ��� � ������� �� � � ��� ��� ��

��� ��� � �� ����� ������� ��� �� �� �����

�������� � � ������ � ��� �� ��� � �� ��������

������ �� ) �� �� ��� ��� �� �� �� )�)� "�� �������

B ����� � � �� ����� ������ ������ ����2�� �� ���

����� ) � ���� ��� �� � � � �� ��� � ���� �����

� � � ���� ����� �� � � "��� ) ����� �� ���� �����

� � ������� �� ��� �� ��� ������ ��� � 2����� � ��

� ��� � ����� ����� � ������� �� �A�� )����

������ � �� ����� ���)� ��" � ����� �������� ����

2��)��� "�� � � ���)���� � ����� � ������ � ���

��0�� *��� �� ���� �� ���� �� � � ������� ��� ����

���� )�� �� ������ �� � �� ���� �� ���� ��0 ����� ��

����� ����� ���)� :?'<� � � ����� � � ���� �����

������ �� ) A������� ������ �� ���� ��0� �� �������

������ ���� ���� �� ����� ����� ���)�� ��� ��

�� ������ �� ) � ������ )� �� ����� � �� �����

����� �������

3 + ���� ������������� � - � - � ) � )

� ���������- � -� �� �������� � ����� � � �"���)��������� ���� ������ ����� � � � � � � ���� ����� >@%�,� �� ��" )� ���� ������ � �� ����� � �� � � � ������� � � �� � � � ���� �� ������ ��� ��� �� - � - �� ��������� � ��� �� �������� �� ����� ) � �� :+@;@@<�

*� � �� ���� �������� � � � ����� ���� ������ ��"�� �� ���� �� �� ������ � ��� ���� ����� ����� ���� �

)�A��������� ���� � � � ���� :+@�=@;@#<� �����

�������� � � ������ �� ������� ���� �� �� ���� �� ��

�� ��� ���� � � � ���� �� � � )� � � �� � � �

�� " �� ����� �� ��� �������� :#>�=@;@#<� R��� ���

.����� ������ 4����� ������� ���� � � ��� ��� ����

���� ���� �� �� � ������ �� �� � � � ���� ���@L �����

���� ���� �� - � - :==<� !����� ����� �� ������� ��������� � �5��� � ��������� ��� � ��������� �

�������� �!�336 � �A��� ���"�� B�A��� ��� ������ ����

���� �� � � � ���� �� ��������� ?=%;�#�%�, � ) �

��2� )�A��A �������� ���� ���� �� � %�#= � � ���

:@+<� ��� ���� �� �� ������ ���� �� ������� � )� R���

��� .����� :==<�

�� ���� ����� ��� ��" )� 2����" �����������

��� � � ������ � 4����� ������� ������� :==;@#<�

J����� �� ������� ���� �� 5���� � � ��������

���� ����� ���� ��� ��� ��%%�,� ��� 4����� � �

�������� ������� �� � '-% � -%%�,� �� )��"�

���� �� - � - � ����� ��� ��� ������ 6*� ����������

���� �� = � =� ? � ?� �� � ��� ��� �' � �' �� �����

�� � �� ��� ���� � � � ����� �� �� � ����� ������ � ����� � � �� ����� ��� � 6*� � ���� �� �� ����

������� �� ��� � � �� ��������� ������ ����� �� �������

����� ���� � � ����� � ��� � � ���� �� "�� ������� �� ��� ���� ��� � � ��" ��� � ����� ������

�� �� ����� �� �� � � � ���� �� �� � ������� ���� �� � � ����� ���� �� ��� ���� ��� � ���� 2� ��

���� ��� 5������� �� � ���� ���� �� � �� ����� �� ��

�� ������������� � � � ����� � ���� �� �� �� ��� ���� ��� � � � � � " ��

� � �������� ��� ��� ��" )� �� �� � ) �����

�� �� ��� � # � # ��� ��+ � #�� * ��� � ��� � � ��

��� �� ����

'� � ��

'�

� ����� :==�=?�@'<� *��� �� �� # � # � ��+ � #� �� ��� � ���� �� � � � "��� �

%�#= � � ���� ����� �� � ������� ���� �� � "���

�������� � �� ������������� � � � ���� :==�@+<� ��� � ��� 2��� ���� �� � � )� ���� �� �� ����

��������� �� �� �� �� ��� �� ���� �����

� � ���� �� �� �� ) ������ � �� ��� ���� ��� �

��� ) �� � ) �� �� �� ��� � # � # ��� ����� ��B���� �# ��� �'� ��� �� �� � ������� ���� �� � ����

��� � ��������� � �8336� ����� � �� �������������

� � � ����� ����� �"�� � )� �� ��A �� �� ���� ���� ���� �� :+?<�

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@@>

Page 15: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

� �2� 4���� � � �� ) � � ���� �� � " �� ��

��� ���� � � � ����� �� ��� )� ������� ���� ��

��� ���� � � � ���� � ������� �� ������ � �� ��� ����� � � � ���� � P����� �� �'%%�, :+?�=#<� �����

� �� �� � �� � ����� � � � �����) � � ���� ��

� " � P����� :@<� � ��������� � ����� ��� �

�� ���� � �� �� � � �+ ��� � � ����) ���� !' ��� ����

"�� "����� �� ���� A��� � � ������ ���� �� ������ ��

� � "��� ) �� ���� �� ��)����� �� � ���� �� ��� ��

� ������� ) �� �"���) ���)�� ��� �� ����"��� �

���� �� "�� �� ���� ������ �� ��� ��������� ������

�� ����� )� �� ����� � ��� �� ������ � � ��

� �������� ���� � � )� � ��� ������ ��������

�����A ��� "��������A ������ � �� �1� ����� �

� ��� � ��� ����� �� ���� ��������� ��� ����

�� ������ � �� � �� ��� ������ �������� � �

P��������# � >� :@<� ���� �� ��� P �� �� �� "��

��A �� �� ) ����� ��������� ������ �� ���� ������ ��

��� ��������� ������ �� �� ��� ���� � � � ���� �

������� �� ���� �� � ������ ������

�� �� � � ��� � �������� )��� �� ��� ��

��� � � � ���� � ������� ��� P������ ����� �������� ����� � � �� ��� � �������� )�� � � � � P������

*� � � ����� ���

'� � ��

'�

���� ������� � #;' �� :==;

=-< ��� � ����� ) �� � �������� )�� �� ��� �

� �� ���� �� �� �� �� ��� ���

'� � ��

'�

�� �� �

P������ *��� �� �� �� �� ��� ���

'� � ��

'�

��� ��

������ � �%�'' � � ���� ����� �� ����� ����

%�#= � � ��� �� # � #� ��+ � #�� ��� �������� ���� �� �� ���� � ������ 2��)��� � ��� ��� 5������� � �

������� ���� � P������ � ����� � �� ����� ����

��� �� �� ��� ���� ���� ��� �� ���� �� � ��

��� �� 5������� � �� �� �� ���� � ������ �� ����

���������� �� �� ����� ������ ��� ) "��� �� �

�������� ���� � ���� �� ���� � ������ ��%�'' � � ������ � � ����� � � ����� ������ � ������� ��� )

2���� )���� � �� ��� �� �������� �� )��� ��

���� ���

*� � �� ���� ������ �� �� �� ��� ���� � � � ���� ��������� � � � � � �� � ����� � �� � � ����� �������

*� �� �� �� B��� �'� � ���� � ������� ����� �����

������ ��A � � �� �� ��� ���� ����� ������ �����

�� � �� ���� � ������ 5������� �� ��� ��� ��� ������

��� ��� ��� ��� �� �� ���� � ��� �� ���� ��� ���

)��"� � �� "�� ������� �� � �� � ����� � �� � � ��

�- � -� ��� ��� ��� �� ����������� � � ����� �� ���� �� ��� ������ )� �� �������� � �� ��� �� � ������

�� ���� �� �� B���� + ��� @�

(� ��� � ��� ��� �� ����� ������ ��� ������ �� �

�� � ���������- � -�� )�� � � �� �� ��� ���� ��� �����������- � -� �� � ����"� � )��� ��� ���� �� ��������� �� . ����A �� ����� ������ ��" � ��A� �������� �

���� ���� �� �������� � ���� ���� �� ��� ���� � � ������ ��� �� �� ����� ������ ��� ������ �� � ��

��� ��A ���������� � ����� � �- � -� ������� �� ����� ���� � � � ����� )���� � �� ��� ��� �������� �

���� �� ��)������ �� ����� ������ ���� � � � ��� ���

�� �� � ��� �� ���� ���

7��� � �� �) " �������� ��� �� � � �� �A �

�� "�� � 4�������" ������ �) �� �� ����� � ��

��� ���� � � � ����� �� ���� ����� )������ �� ��������� �� �� ������� ��)����� �)�A��������� ��)������

�� ���� ���� ���� �� ����� �� �� �� ��� � # � #��� ��+ � #�� * ��� � ��� � � ���� �� �� ��

��

'� � ��

'�

� ����� ��� ��� �� ����"� ��� )� �� � �� ��A

� ������� ) ��� � � �� � ����� � �� �� �� �� ��� �

���� �� ��� � # � # ��� ��+ � #�� ��� �� "��������A ��� ������������A � )� � ��� ������ �� �� ��

��� � P����� :@<� �� � ���� �� � ��������� ����

�� ���� � ������ ���� ��� ���� ���� %�#= � � �

���� ������"�� ��� ����� �� ������ � �� ���� ��� �

����� � � ����� � )� � ��00�� �� ������ � �

��� ���� � � �� ��� ��� �� � ��� �� )�)���� ����

�� ��� � �� �� ��" "��� �� � � ��� �� ��� ���� ���

�� ���� ���� �� � �� �� �4��� )��A��� � �

��;�� ) ��� ��� ���� ��" ����� ����"��� � �����

���� �� �) " ���� � � �� ��� �� � �� �� ��

��� ���) � � �� ������ ����� � ��� �� - � - � ��������� ��� ������ 6*� ���������� ���� �� = � =� ? � ?��� � ��� ��� �' � �'� �� � �� ��� ���� � � � ���� ���������� ) � >@%�,� 2���� �� ����� �� ��� �� ��� �� �� ��� ����

��� �� �� �� B��� ��� �� �� ����� ������ ��� �� �� �

��� ���� �� 1���� ����� ��� � �� ������ �� �� ��

���� � ������� ���� ������������A � ��� ����� � � ���

��������� ���� ���� �� ���� � ������� �� ������ ���

�� ��� ��� ���� ��� ��� ���� �� ������ � ��� ���������

� �� ����� ��� ��� �� ��� �� ��� �� � ����� ������

�� �� � �� � ����� ����� � ���� � ��" �� � �� � �

�� ��� � - � -�

� ����������

�� � �� ��� �� )��"��� �� � �� ����� �� ���

�� ���� ������� ��� ��� � ������� ������� ���� �

"����)��������� � �� . ���� �����1� � ��� �

�� ����� ������ ��� ���� � �� ��� ��� ���� ����

��"� �� 2������� )��"��� �� ��� ) 2����� ����

�� )��"��� �� � �� ������� )��"� � � �� ����� ����

���� . )�" �� ����� � �� ��" ��� ����� �������

�� �� � �� ��������� �������� �� ����2�� �� ��� ���

�� ��� ������� � � ���� ����� � �������� �� �����

������ �� �� ����� �� ��� ������� � �"�� ��

����� �� ��� �������� � �� ����� ������ ���

�� ����� ���)� �� � � A� ��� �� �� �� ��00��� ���

�� ����� ������ 2��)�� � ��� �� )��� �� ������� � �� �

�� �� �� ��������� ��� �������� �� ��� ��� ����

��A 2���� 1��� B����� �� ����� ��� 2�������

������ � ������ ����� ������ �� ) "�� "���) � �

�� ������������ � ��������� ��� ��� � ���� ��

���� � ��������

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@@?

Page 16: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

�������� ������

��� ������ �� ���� ��� )� �� K��� �� ����� , ���

�� �� ������ � � K�,>?�#��?���%%��%�%� ��� *������

������ � !(,�

��!�������

:�< �� N�������� � ��� � �� ������A�� K���� '=� ��??�� #�=�

:#< !��� B������ *�$� ��"��� P�*� ��� ��*� 8��0� 9���� !"�

8��� @@ ��??�� '#=-�

:'< ����� ������ $� P "���A � ����� #=> ��??#� ���?�

:+< 3� P��0� �� ����� ����� ������ $� P "���A � 9���� !"�

8��� @> ��??#� �=@-�

:=< ����� ������ $�*� P "���A � 9���� !"� 8��� -� ��??'�

#==�

:@< ����� ������ �� ����� $� P "���A � ����� #@= ��??+�

+?%�

:-< $���� .�� ���8� ,����� $�.� 7������ $�.� 3"���� 9�*� ���

9���� !"� 8��� -' ��??+� #=?��

:>< 7��� �����0����)�� 9���� !"� 8��� -@ ��??@� +=?�

:?< $��� P S�0�! ���S��0� $�$� ��S�0� *��� 7�� S� $��R� I����

!�,� ,����� 9���� !"� 8��� -@ ��??@� -??�

:�%< 7�P� 7����� �� 6 ����� ���9� !���� *��� 7�������� 9����

!"� 8��� -> ��??-� �=�@�

:��< ����� ������ !��8� 8 � � � � ��� 9���� !"� 8��� -> ��??-�

+-?-�

:�#< �!� 8���� ��� �� � ���� 3� 8T�������� �� ���������� B�

7��)����� 9���� !"� 8��� -> ��??-� +?->�

:�'< 7�P� 7����� �� 6 ����� ���9� !���� *��� 7�������� �����

#-> ��??-� #=-�

:�+< $� .�������� �� I QA����� �I�.� $������� � U��)�� P�

3��� ����� #-> ��??-� �?'��

:�=< �� ��3������ �� *���� $�$� 7 ���� ����� #-? ��??>�

=+=�

:�@< !��8� 8 � ����� ������ ����� � � � � � ��� 9���� !"� 8���

>% ��??>� ==>+�

:�-< �� !������ !� �������� $� .�������� P� 3��� 9���� !"� 8���

># ��???� '>'?�

:�>< ����� ������ ����� � � � � � ��� 9���� !"� 8��� >' ��???�

�#%�

:�?< ����� � � ����� ������ � � � ��� 9���� !"� 8��� >+ �#%%%�

=-?#�

:#%< 8�$� 8��� �� .� � � 9���� !"� 8��� >= �#%%%� +=@@�

:#�< 8� *���� ��� �� 7�A� J� N Q��� 7� I ����Q���� $� I���

���� ��� � * �+ ��??@� '�#�

:##< N� ,� � 3� N�2����� 3�� ����� 8��� '? ��??-� #>-�

:#'< � ��� � �� N�������� �� ������A�� ����� ���� ++= �#%%%� �'%�

:#+< � ��� � �� N�������� �� ������A�� $� I��� ���� ��� � * �>

�#%%%� ?@%�

:#=< *�I� 8�����"� *�8� *�"� *�7� N������A "� ���� ������

����� ���� #�' ��?>?� �=-�

:#@< R��K� R���� 3��� B�� 3�6� .����� ����� ���� '=@ ��??@� �%��

:#-< 6� N���� 3� N�2����� 9���� !"� 8��� -@ ��??@� ���+�

:#>< �� A�� � � �� ������A�� $��� $� *��� 9���� '# ��??'�

�'@>�

:#?< *� ��������� R� ���A�� N� ��������� 9���� !"� 8��� -@

��??@� +-#��

:'%< *� ��������� R� ���A�� N� �������� ����� ���� '>@ ��??-�

�>#�

:'�< *� ��������� R� ���A�� N� �������� ����� !"� 8��� = ��??>�

>#��

:'#< ����� ������ !��8� 8 � � � � ��� $� I��� ���� ��� � * �@

��??>� #@'#�

:''< J� N Q��� $�3� 6����� !�$� ������ $� I��� ���� ��� � *

- ��?>?� #>@%�

:'+< �� �������� .� �������� ����� ���� #?@ ��??'� �>@�

:'=< .� �������� �� �������� ����� ���� '�� ��??+� �%-�

:'@< � �������� �� N �� � �� � ��A�� �� � � A�� 9���� !"� 7

+> ��??'� �?+'�

:'-< R��K� R���� 3�6� .������ 9���� !"� 7 =� ��??=� �'#'>�

:'>< 7� I ����Q���� � .)�� 9���� !"� 8��� -- ��??@� '>@��

:'?< 7� I ����Q���� �� N�Q����� 9� �V������ 9���� !"� 8��� >�

��??>� >=>�

:+%< R� ������� ����� !"� 8��� = ��??>� >@=�

:+�< R� ������� �� B�E�� � N� ��A�� $� *��� 9���� >@ ��???� >>��

:+#< R� ������� ����� !"� 8��� - �#%%%� @��

:+'< *� ��������� � �����0��� N� ��������� N� � ���� �

��A����� J������� �� �� +#;++ ��??#� ?�%�

:++< � �������� .� �������� �� �������� �� � � A�� $� ,�����

P� ��� �@@ ��??@� '�+�

:+=< $�R� I���� 9� ���� $���� P S�0�! �����0� ����� ����

+%#;+%+ ��??>� #?=�

:+@< 9�*� 7����� ��.� .))� ����� ���� �%+ ��?>�� -+�

:+-< K� (��A�)� R� ������� � N� R���� P� � �E � ����� ���� �%?

��?>�� '='�

:+>< .� ���� 3� 7���� ����� ���� �@# ��?>=� �@'�

:+?< !�$� 9������ 3�6� .������ 9���� !"� 7 '= ��?>-� +�==�

:=%< �� �����A�� �� �������� �� *A�0�A�� ��� � 8�� �� K�A������

$� N���� ��� $� 9���� � �� $��� =@ ��?>-� '+#=�

:=�< *� U������ 9������ �� �������� ,��)���� J��"����� 9����

,��)����� �?>> ,����� =�

:=#< N� ���� "���� P� 8 8��� �� *)������ $�3� 7 ���� 9���� !"�

7 +� ��??%� �#=>�

:='< *�I� 8�����"� *�7� N������A "� *�8� *�"� 8�I� � A "�

���� ������ ����� ���� #=+ ��??�� ?%�

:=+< $� ,�"���� 8� � I���� *� ,��0� ����� ���� #@> ��??#�

8#@��

:==< R��K� R���� 3�6� .������ 9���� !"� 8��� -# ��??+�

�>@#�

:=@< � � ���� � N� N A�)��� �� B�E������ N� N���� � � � �����

����� �� (�� ����� 9���� !"� 8��� -= ��??=� #'-#�

:=-< � � ���� � N� N A�)��� N� N���� � � � ��������� �� (�� �

����� $��� $� *��� 9���� '+ ��??=� ''+@�

:=>< .� �������� �� �������� � ��� � �� ������A�� ����� !"�

8��� @ ��???� ??=�

:=?< .� �������� �� �������� � ��� � �� ������A�� ����� ����

+#' ��???� 8#?��

:@%< .� �������� �� �������� � ��� � �� ������A�� $��� $� *���

9���� '? �#%%%� ++%>�

:@�< .� �������� �� �������� � ��� � �� ������A�� J������� �

�� �� ># �#%%%� �%'�

:@#< �� �������� .� �������� �� R���� � � �� ��������� *�

R��������� $� 9���� � �� $��� @- ��??>� �=�'�

:@'< �� � ���� � R� ������� N� (����� R� � ���� ����� ���� '@=

��??@� #?�

:@+< R� B�A���� R� ������� 9���� !"� 8��� >= �#%%%� =�=%�

:@=< � N�� � �� J���)� �� �������� .� �������� ����� ���� +''

��???� -+=�

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-)�@-%

Page 17: Scanning tunneling microscope study of dynamic phenomena on clean Si(111) surfaces: Si magic clusters and their role

:@@< � N�� � � �A�E� � �� �������� .� �������� $��� $� *���

9���� '? �#%%%� +'%-�

:@-< N� �A�������� R� ������� � �� �A������� �� �A�������

����� ���� �@+ ��?>=� '@-�

:@>< !��� � ��� !�$� ������ $�3� 6����� ����� #'+ ��?>@�

'%+�

:@?< ��7� �������� �� ��� *��� K ����A� $�$� 7��� � �3����� 6�����

�� � �� � ���� !��� 6" ����� *������ 9���� K�

R �A� �?-= �� '%'�

:-%< 9��� � � � N� A� !�� 9� �� 9���� =# ��?>?� '%��

:-�< 7��� $ � !�.� I A� *��� ����� ���� >? ��??=� #'-�

:-#< *�I� 8�����"� *�7� N������A "� *�8� *�"� ���� ������

$3 9 8��� +> ��?>>� =#@�

:-'< �� �� ��� "� $��� $� *��� 9���� '% ��??�� ��

:-+< ����� ������ !��8� 8 � � � � ��� ����� ���� '@- ��??@�

8+-�

:-=< ����� ������ !��8� 8 � � � � ��� ����� ���� '?? ��??>� �-'�

:-@< !��8� 8 � ����� � � ����� ������ � � � ��� 9���� !"� 7 =>

��??>� ?>@-�

:--< ��B� $��� �� ����� #=# ��??�� �%>=�

:->< N���� � � *�*� ��"����)���� 7� 9��� U��R� 8�� ,��U�

.���� $�P� .��A�� $�8� B�� ��B� $��� �� K���� '?#

��??>� =>#�

:-?< 3� N�2����� N� $��A� �� 9���� !"� 8��� -� ��??'� -#-�

:>%< $�,� P� ������ 8� ����S�V� 9���� !"� 8��� -+ ��??=� �'#'�

:>�< $�!� ,��A ��A�� ��� ��9� 6�� �3���� 9������ � K " ����

����� . �� ������1�� ������ �� �???� �� ��

:>#< .�6� 8���A� J� 8������� 9���� !"� 8��� ># ��???� '>'=�

:>'< ��R� N�� "� 9���� !"� 8��� >' ��???� +@%#�

:>+< ���� �0� 9������ � ���� ����� � 6"���� $ �� .�� W

� ��� K� R �A� �?>� ,����� ��

:>=< 6� N���� 3� N�2����� 9���� !"� 8��� -@ ��??@� ���+�

:>@< � � � ��� !�$� .�A � 9���� ����� � ��� * �# ��?-#�

����

:>-< � � � ��� P�8� N ��� 9���� !"� 7 �# ��?-=� �'+'�

:>>< 7�P� 7����� !��� B������ �9� ,���� $��� . ��� 9����

!"� 7 =+ ��??@� !=#>'�

:>?< 7�P� 7����� !��� B������ �9� ,���� $��� . ��� ����

� ��� ���� ��� � �� ��??@� �=-=�

:?%< $�*� I��)�� 9�� �� ���� #- ��?-'� @?-�

:?�< $�*� I��)�� P�6� � ����� �� ���)�Q�A�� !�� 9� ��

9���� +- ��?>+� '??�

:?#< ��,� ,����� ����� ������ � � � ��� 9���� !"� 8��� >'

��???� ��?��

:?'< ����� ������ ��,� ,����� � � � ��� $��� $� *��� 9���� '?

�#%%%� +�%% 9��� ��

:?+< J� N Q��� (� $��A � P� 9������ 7� ��Q�� �� ��0�� �����

���� #+> ��??�� '#��

:?=< B� ��)������ 6� *)������ 8� ���� �� B� ��"��� ����� ����

'>= ��??-� '=-�

� �� !���� �� �� " #������ � ���� � ��� $�������� � ������ %& '&(()* )%++,)%-) �@-�