Равновесная атомная структура и колебательные свойства чистых металлических поверхностей и адсорбционных структур

• Автор: Русина, Галина Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 376 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АТОМНАЯ СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ЧИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И АДСОРБЦИОННЫХ СИСТЕМ

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОЛЕБАНИЙ И МЕТОД РАСЧЕТА

2.1 .Теория поверхностных колебаний решетки

2.2. Метод погруженного атома

2.3. Методики расчета релаксации поверхности и колебательных спектров

2.4. Геометрические модели атомной структуры чистых поверхностей

3. АТОМНАЯ СТРУКТУРА ЧИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ

3.1. Релаксация поверхностей (111), (100) и (110) ГЦК металлов

3.1.1. Алюминий

3.1.2. Никель
3.1.3. Медь
3.1.4. Серебро
3.1.5. Палладий
3.1.6. Платина
3.2. Релаксация поверхностей (110) и (100) ОЦК металлов (1л, Иа, К)
3.3. Релаксация плотноупакованных вицинальных поверхностей ГЦК металлов (211, 221,31 1,331,511)
4. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЧИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ
4.1. Объёмные колебательные спектры
4.2. Колебательные свойства поверхностей (111), (100) и (110) ГЦК металлов
4.2.1. Алюминий
4.2.2. Никель
4.2.3. Медь
4.2.4. Серебро
4.2.5.Палладий
4.2.6. Платина
4.2.7. Сравнительный анализ колебательных свойств поверхностей (111),
(100) и (110) ГЦК металлов
4.3. Колебательные свойства простых поверхностей ОЦК щелочных
металлов (Ы, Ыа, К)
4.4. Колебательные свойства вицинальных поверхностей ГЦК металлов
4.4.1. Поверхность (211)
4.4.1.1. Алюминий
4.4.1.2. Никель
4.4.1.3. Медь
4.4.1.4. Серебро
4.4.1.5. Палладий
4.4.2. Поверхности (311) и (511)
4.4.2.1. Алюминий (311)
4.4.2.2. Медь (311)
4.4.2.3. Никель (311)

4.4.2А. Серебро (311)
4.4.2.5. Палладий (311)
4.4.2.6. Алюминий (511)
4.4.2.7. Медь (511)
4.4.2.8. Никель (511)
4.4.2.9. Серебро (511)
4.4.2.10. Палладий (511)
4.4.3. Поверхности (221) и (331)
4.4.3.1. Алюминий
4.4.3.2. Медь
4.4.3.3. Никель
4.4.3.4. Серебро
4.4.3.5. Палладий
5. АДСОРБЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТЯХ АЛЮМИНИЯ
5.1. А1(111)-(^Зхл/3)Ю0°
5.2. А1(11 l)-0/3xV3)R30°-Na
5.3. А1(11 l)-(V3xV3)R30°-Li
5.4. А1(111 )-(^3xV3)R30°-К
5. 5. А1(100)-с(2х2)
5.6. Al(100)-c(2x2)-Na
5.7. Al(100)-c(2x2)-Li
6. АДСОРБЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТЯХ МЕДИ
6.1.Cu(lll)-p(3x3)-Na
6.2.Cu(lll)-p(2x2)-Na
6.3. Си(111)-0ІЗ xV3)R30°-Na
6.4. Cu(l 11)-(3/2 x3/2)-Na
6.5. Cu(100)-c(2x2)-Na
6.6. Cu(100)-c(2x2)-Li
6.7. Си (110)-(lx2)-Na, Li
7. АДСОРБЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ПЛАТИНЫ И СЕРЕБРА
7.1.Pt(lllH>/3xV3)R30-K
7.2. Pt(l 11)-р(2х2}-К
7.3. Ag(001)-c(2x2)-( Li, Na,K)
8. АТОМНАЯ СТРУКТУРА И КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА АДСОРБЦИОННЫХ СИСТЕМ Cu/PduCu/Ni
8.1. Cu( 100)-c(2x2)-Pd — поверхностный сплав
8.2. Cu(100)-c(2x2)-Pd - подповерхностный сплав
8.3. Cu(100)-c(2x2)-Ni -поверхностный сплав
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Характер расположения и движение атомов на поверхности, а также строение электронной подсистемы обусловливают комплекс её физических, химических и механических свойств. В этой связи исследование атомной структуры и динамики поверхности является одной из важнейших задач физики поверхности. Поверхность твердого тела, как самостоятельный объект исследования физики конденсированного состояния, привлекает внимание ученых уже несколько десятилетий. Исторические аспекты прогресса физики поверхности, а также основные, этапы и достижения в этой области наглядно представлены в обзорах [1,2]. За этот период накоплен экспериментальный и теоретический материал, позволивший достичь высокого феноменологического уровня описания различных процессов протекающих на поверхности. Совместное применение экспериментальных и теоретических методов исследования поверхности позволило получить уникальную информацию, например, о реальной атомной структуре поверхности. Так, при структурном анализе на основе динамической теории ЬЕЕБ (дифракция медленных электронов) [3-6] впервые были получены количественные характеристики таких структурных явлений как релаксация и реконструкция поверхности, обнаруженные при исследовании металлов и полупроводников. Обнаружение этих поверхностных явлений привело к коренному пересмотру в понимании атомного строения поверхности. Важным следствием такого пересмотра является установление взаимосвязи структуры поверхностного слоя со свойствами объёмного материала, такими как прочность и пластичность, фазовые превращения, диффузия и т. д. [7,8]. Кроме того, релаксация и перестройка атомной структуры поверхности изменяют характер межатомных связей, что напрямую отражается на её электронной и фононной подсистеме, а значит и на свойствах поверхности [9,10]. Разработка новых методов исследования (сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопия) и модификации поверхности (поатомное манипулирование, адсорбция, сегрегация, нанесение тонких пленок), привело к возможности не только изучения, но и создания локальной атомной и электронной структуры поверхности, что позволяет развивать широкий спектр наноматериалов. Необходимо отметить,

Атомная структура поверхностных систем, формирующихся на поверхностях ГЦК металлов при субмонослойной адсорбции, экспериментально исследована достаточно подробно. Весь цикл экспериментального определения их атомной структуры может быть представлен в следующей последовательности: с использованием ЬЕЕВ определяется двумерная решетка поверхностной системы и обозначается в соответствии со своей периодичностью относительно плоскости подложки [205]. Многочисленные структурные исследования показали, что при субмонослойной адсорбции существует большое количество упорядоченных двумерных структур [204-206]. Причина такого многообразия состоит в том, что на взаимодействие адатомов друг с другом накладывается периодическое поле подложки, которое описывает потенциальный рельеф для адатома. Следует отметить, что потенциальный рельеф, «ощущаемый» на поверхности адатомом, зависит как от природы самого адатома, так и от природы подложки, т.е. характеризует систему в целом. При достаточно низких температурах, когда основной вклад в свободную энергию дает энергетический член, а не энтропийный, характер образующейся адсорбционной структуры определяется соотношением взаимодействий «адатом - подложка» и «адатом - адатом». [206]. Анализ имеющегося экспериментального материала показал, что при наличии отталкивания между адатомами (связанного с поляризацией адатома либо с сильной полярностью связи), при увеличении степени покрытия пленка сжимается однородно и проходит через последовательность упорядоченных структур [205-208]. При исследовании различных аспектов субмонослойной адсорбции, как правило, в качестве модельных систем рассматривается адсорбция адатомов щелочных металлов (Ы, Па, К, Ся) на поверхности ЕЦК - металлов различной кристаллографической ориентации (А1, N1, Си, А§, Рб, Р(). Интерес именно к этим адсорбционным системам не случаен, поскольку это простейший тип химадсорбционных поверхностных систем. Для адатомов щелочных металлов характерно наличие диполь - дипольного отталкивания, что приводит к сильной полярности связи и оказывает влияние на формирование структуры пленки при адсорбции на металлическую поверхность [207]. При малых степенях адсорбции (© <1 МС) формируются решетки с большими периодами, причем адатомы