We have studied the growth and electronic structure of Ag thin films on the fivefold surface of the icosahedral (i)-Al-Cu-Fe quasicrystal using scanning tunneling microscopy, low energy electron diffraction (LEED), ultraviolet photoemission spectroscopy, and density functional theory. Upon deposition at 400 K, Ag islands grow to form crystallites with a preferred thickness for a given coverage. LEED patterns reveal five rotational domains of Ag crystallites with (111) orientation for coverages larger than approximately seven monolayers. Quantum well states are observed in the photoemission spectra of Ag/i-Al-Cu-Fe ranging from 5 to 35 monolayers, indicating electron confinement within the film thickness and, thus, confirming electronic growth of Ag thin films on quasicrystalline surfaces. Electronic structure calculations have been performed to discuss the possible origins of the confinement at the film-substrate interface.

1.
P. J.
Feibelman
,
Phys. Rev. B
27
,
1991
(
1983
).
2.
P. J.
Feibelman
and
D. R.
Hanman
,
Phys. Rev. B
29
,
6463
(
1986
).
4.
Y.-F.
Zhang
,
J.-F.
Jia
,
T.-Z.
Han
,
Z.
Tang
,
Q.-T.
Shen
,
Y.
Guo
,
Z. Q.
Qiu
, and
Q.-K.
Xue
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
096802
(
2005
).
6.
L.
Aballe
,
A.
Barinov
,
A.
Locatelli
,
S.
Heun
, and
M.
Kiskinova
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
196103
(
2004
).
7.
Z.
Zhang
,
Q.
Niu
, and
C.-K.
Shih
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
5381
(
1998
).
8.
D.-A.
Luh
,
T.
Miller
,
J. J.
Paggel
,
M. Y.
Chou
, and
T.-C.
Chiang
,
Science
292
,
1131
(
2001
).
9.
M. H.
Upton
,
C. M.
Wei
,
M. Y.
Chou
,
T.
Miller
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
026802
(
2004
).
10.
V.
Yeh
,
L.
Berbil-Baustita
,
C. Z.
Wang
,
K. M.
Ho
, and
M. C.
Tringides
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
5158
(
2000
).
11.
L. L.
Wang
,
X. C.
Ma
,
S. H.
Ji
,
Y. S.
Fu
,
Q. T.
Shen
,
J. F.
Jia
,
K. F.
Kelly
, and
Q. K.
Xue
,
Phys. Rev. B
77
,
205410
(
2008
).
12.
Y.
Liu
,
J. J.
Paggel
,
M. H.
Upton
,
T.
Miller
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. B
78
,
235437
(
2008
).
13.
B.
Unal
,
F.
Qin
,
Y.
Han
,
D.-J.
Liu
,
D.
Jing
,
A. R.
Layson
,
C. J.
Jenks
,
J. W.
Evans
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. B
76
,
195410
(
2007
).
14.
R.
Otera
,
A. L.
Vazquez de Parga
, and
R.
Miranda
,
Phys. Rev. B
66
,
115401
(
2002
).
15.
J. H.
Dil
,
T. U.
Kampen
,
B.
Hulsen
,
T.
Seyller
, and
K.
Horn
,
Phys. Rev. B
75
,
161401
(
2007
).
16.
I.
Matsuda
,
H.
Woong Yeom
,
T.
Tanikawa
,
K.
Tono
,
T.
Nagao
,
S.
Hasegawa
, and
T.
Ohta
,
Phys. Rev. B
63
,
125325
(
2007
).
17.
V.
Fournée
,
H. R.
Sharma
,
M.
Shimoda
,
A. P.
Tsai
,
B.
Unal
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
155504
(
2005
).
18.
H. R.
Sharma
,
V.
Fournée
,
M.
Shimoda
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
,
P.
Gille
, and
A. P.
Tsai
,
Phys. Rev. B
78
,
155416
(
2008
).
19.
M.
Hupalo
and
M. C.
Tringides
,
Phys. Rev. B
65
,
115406
(
2002
).
20.
P.
Moras
,
Y.
Weisskopf
,
J.-N.
Longchamp
,
M.
Erbudak
,
P. H.
Zhou
,
L.
Ferrari
, and
C.
Carbone
,
Phys. Rev. B
74
,
121405
(
2006
).
21.
N. V.
Smith
,
Phys. Rev. B
32
,
3549
(
1985
).
22.
T.-C.
Chiang
,
Surf. Sci. Rep.
39
,
181
(
2000
).
23.
M.
Milun
,
P.
Pervan
, and
D. P.
Woodruff
,
Rep. Prog. Phys.
65
,
99
(
2002
).
24.
D.
Shechtman
,
I.
Blech
,
D.
Gratias
, and
J. W.
Cahn
,
Phys. Rev. Lett.
53
,
1951
(
1984
).
25.
Physical Properties of Quasicrystals, Solid State Sciences Vol. 126, edited by Z. M. Stadnik (Springer, Berlin, 1999).
26.
G. T.
de Laissardiere
,
D. N.
Manh
, and
D.
Mayou
,
Prog. Mater. Sci.
50
,
679
(
2005
).
27.
X.
Wu
,
S. W.
Kycia
,
C. G.
Olson
,
P. J.
Benning
,
A. I.
Goldman
, and
D. W.
Lynch
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
4540
(
1995
).
28.
G.
Neuhold
,
S. R.
Barman
,
K.
Horn
,
W.
Theis
,
P.
Ebert
, and
K.
Urban
,
Phys. Rev. B
58
,
734
(
1998
).
29.
D.
Naumović
,
P.
Aebi
,
L.
Schlapbach
,
C.
Beeli
,
T. A.
Lograsso
, and
D. W.
Delaney
,
Phys. Rev. B
60
,
R16330
(
1999
).
30.
Z. M.
Stadnik
,
D.
Purdie
,
M.
Garnier
,
Y.
Baer
,
A.-P.
Tsai
,
A.
Inoue
,
K.
Edagawa
, and
S.
Takeuchi
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
1777
(
1996
).
31.
Z. M.
Stadnik
,
D.
Purdie
,
M.
Garnier
,
Y.
Baer
,
A.-P.
Tsai
,
A.
Inoue
,
K.
Edagawa
,
S.
Takeuchi
, and
K. H. J.
Buschow
,
Phys. Rev. B
55
,
10938
(
1997
).
32.
M.
Gierer
,
M. A.
Van Hove
,
A. I.
Goldman
,
Z.
Shen
,
S.-L.
Chang
,
C. J.
Jenks
,
C.-M.
Zhang
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
467
(
1997
).
33.
E.
Rotenberg
,
W.
Theis
,
K.
Horn
, and
P.
Gille
,
Nature
406
,
602
(
2000
).
34.
J.
Zheng
et al.,
Phys. Rev. B
69
,
134107
(
2004
).
35.
M.
Krajčí
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
71
,
184207
(
2005
).
36.
H. R.
Sharma
,
M.
Shimoda
, and
A. P.
Tsai
,
Adv. Phys.
56
,
403
(
2007
).
37.
K. J.
Franke
,
H. R.
Sharma
,
W.
Theis
,
P.
Gille
,
Ph.
Ebert
, and
K. H.
Rieder
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
156104
(
2002
).
38.
J.
Ledieu
,
J. T.
Hoeft
,
D. E.
Reid
,
J. A.
Smerdon
,
R. D.
Diehl
,
T. A.
Lograsso
,
A. R.
Ross
, and
R.
McGrath
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
135507
(
2004
).
39.
H. R.
Sharma
,
M.
Shimoda
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
, and
A. P.
Tsai
,
Phys. Rev. B
72
,
045428
(
2005
).
40.
J.
Ledieu
,
L.
Leung
,
L. H.
Wearing
,
R.
McGrath
,
T. A.
Lograsso
,
D.
Wu
, and
V.
Fournée
,
Phys. Rev. B
77
,
073409
(
2008
).
41.
J. A.
Smerdon
,
J. K.
Parle
,
L. H.
Wearing
,
T. A.
Lograsso
,
A. R.
Ross
, and
R.
McGrath
,
Phys. Rev. B
78
,
075407
(
2008
).
42.
H. R.
Sharma
et al.,
Nat. Commun.
4
,
2715
(
2013
).
43.
H. R.
Sharma
,
J. A.
Smerdon
,
P. J.
Nugent
,
A.
Ribeiro
,
I.
McLeod
,
V. R.
Dhanak
,
M.
Shimoda
,
A. P.
Tsai
, and
R.
McGrath
,
J. Chem. Phys.
140
,
174710
(
2014
).
44.
S.
Coates
,
S.
Thorn
,
R.
McGrath
,
H. R.
Sharma
, and
A.-P.
Tsai
,
Phys. Rev. Mater.
4
,
026003
(
2020
).
45.
V.
Fournée
,
E.
Gaudry
,
J.
Ledieu
,
M. C.
de Weerd
,
D.
Wu
, and
T.
Lograsso
,
ACS Nano
8
,
3646
(
2014
).
46.
J.
Smerdon
et al.,
Nano Lett.
14
,
1184
(
2014
).
47.
N.
Kalashnyk
,
J.
Ledieu
,
É.
Gaudry
,
C.
Cui
,
A.-P.
Tsai
, and
V.
Fournée
,
Nano Res.
11
,
2129
(
2018
).
48.
V.
Fournée
,
T. C.
Cai
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
,
J. W.
Evans
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. B
67
,
033406
(
2003
).
49.
V.
Fournée
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
,
J. W.
Evans
, and
P. A.
Thiel
,
Surf. Sci.
537
,
5
(
2003
).
50.
T.
Fluckiger
,
Y.
Weisskopf
,
M.
Erbudak
,
R.
Luscher
, and
A. R.
Kortan
,
Nano Lett.
3
,
1717
(
2003
).
51.
B.
Bolliger
,
V. E.
Dmitrienko
,
M.
Erbudak
,
R.
Luscher
,
H.-U.
Nissen
, and
A. R.
Kortan
,
Phys. Rev. B
63
,
052203
(
2001
).
52.
Y.
Weisskopf
,
R.
Luscher
, and
M.
Erbudak
,
Surf. Sci.
578
,
35
(
2005
);
Y. Weisskopf, M. Erbudak, J.-N. Longchamp, and T. Michlmayr,
ibid.
600, 2592 (2006).
53.
Y.
Weisskopf
,
S.
Burkardt
,
M.
Erbudak
, and
J.-N.
Longchamp
,
Surf. Sci.
601
,
544
(
2007
).
54.
B.
Unal
,
V.
Fournée
,
K. J.
Schnitzenbaumer
,
C.
Ghosh
,
C. J.
Jenks
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
,
J. W.
Evans
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. B
75
,
064205
(
2007
).
55.
D.
Gratias
,
F.
Puyraimond
, and
M.
Quiquandon
,
Phys. Rev. B
63
,
024202
(
2000
).
56.
57.
H. R.
Sharma
,
M.
Shimoda
, and
A. P.
Tsai
,
Jpn. J. Appl. Phys.
45
,
2208
(
2006
).
58.
G. T.
de Laissardiére
and
T.
Fujiwara
,
Phys. Rev. B
50
,
5999
(
1994
).
59.
J. A.
Barrow
,
V.
Fournée
,
A. R.
Ross
,
P. A.
Thiel
,
M.
Shimoda
, and
A. P.
Tsai
,
Surf. Sci.
539
,
54
(
2003
).
60.
T.
Cai
,
V.
Fournée
,
T.
Lograsso
,
A.
Ross
, and
P. A.
Thiel
,
Phys. Rev. B
65
,
140202
(
2002
).
61.
H. R.
Sharma
,
V.
Fournée
,
M.
Shimoda
,
A. R.
Ross
,
T. A.
Lograsso
,
A. P.
Tsai
, and
A.
Yamamoto
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
165502
(
2005
).
62.
Th.
Deniozou
,
J.
Ledieu
,
V.
Fournée
,
D. M.
Wu
,
T. A.
Lograsso
,
H. I.
Li
, and
R. D.
Diehl
,
Phys. Rev. B
79
,
245405
(
2009
).
63.
I.
Horcas
,
R.
Fernández
,
J. M.
Gómez-Rodríguez
,
J.
Colchero
,
J.
Gómez-Herrero
, and
A. M.
Baró
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
013705
(
2007
).
64.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
65.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
49
,
14251
(
1994
).
66.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
67.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
68.
P. E.
Blochl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
69.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
70.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
71.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
1396
(
1997
).
72.
B.
Unal
,
J. W.
Evans
, and
P. A.
Thiel
,
Acta Phys. Pol. A
126
,
608
(
2014
).
73.
J.
Nayak
et al.,
Phys. Rev. Lett.
109
,
216403
(
2012
).
74.
T.
Miller
,
A.
Samsaver
,
G. E.
Franklin
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. Lett.
61
,
1404
(
1988
).
75.
A. L.
Wachs
,
A. P.
Shapiro
,
T. C.
Hsieh
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. B
31
,
1460
(
1986
).
76.
M. A.
Mueller
,
T.
Miller
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. B
41
,
5214
(
1990
).
77.
F.
Patthey
and
W.-D.
Schneider
,
Surf. Sci.
334
,
L715
(
1995
).
78.
K.
Takahashi
,
A.
Tanaka
,
M.
Hatano
,
K.
Tamura
,
S.
Suzuki
, and
S.
Sato
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
88
,
347
(
1998
).
79.
P.
Heimann
,
H.
Neddermeyer
, and
H. F.
Roloff
,
J. Phys. C
10
,
L17
(
1977
).
80.
A. P.
Shapiro
,
A. L.
Wachs
, and
T.-C.
Chiang
,
Solid State Commun.
58
,
121
(
1996
).
81.
S. D.
Kevan
and
R. H.
Gaylord
,
Phys. Rev. B
36
,
5809
(
1987
).
82.
T. C.
Hsieh
,
T.
Miller
, and
T.-C.
Chiang
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
2483
(
1985
).
83.
L.
Huang
,
X. G.
Gong
,
E.
Gergert
,
F.
Forster
,
A.
Bendounan
,
F.
Reinert
, and
Z.
Zhang
,
Eur. Phys. Lett.
78
,
57003
(
2007
).
84.
A.
Varykhalov
,
A. M.
Shikin
,
W.
Gudat
,
P.
Moras
,
C.
Grazioli
,
C.
Carbone
, and
O.
Rader
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
247601
(
2005
).
85.
N. V.
Smith
,
N. B.
Brookes
,
Y.
Chang
, and
P. D.
Johnson
,
Phys. Rev. B
49
,
332
(
1994
).
86.
V.
Miksic Trontl
,
P.
Pervan
, and
M.
Milun
,
Surf. Sci.
603
,
125
(
2009
).
87.
M.
Kralj
,
P.
Pervan
,
M.
Milun
,
T.
Valla
,
P. D.
Johnson
, and
D. P.
Woodruff
,
Phys. Rev. B
68
,
245413
(
2003
).
88.
M.
Krajci
,
M.
Windisch
,
J.
Hafner
,
G.
Kresse
, and
M.
Mihalkovic
,
Phys. Rev. B
51
,
17355
(
1995
).
89.
A.
Katz
and
D.
Gratias
,
J. Non-Cryst. Solids
153-154
,
187
(
1993
).
90.
M.
Boudard
et al.,
J. Phys.: Condens. Matter
4
,
10149
(
1992
).
91.
B.
Unal
,
V.
Fournée
,
P. A.
Thiel
, and
J. W.
Evans
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
196103
(
2009
).
You do not currently have access to this content.