Фрактальная структура и электронные свойства нанокластеров металлов, сформированных при высоких скоростях осаждения

• Автор: Пушкин, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. Актуальность проблемы и цель работы

2. Содержание диссертации

3. Научная новизна и практическая значимость работы

4. Положения, выносимые на защиту IО

5. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

6. Апробация работы

7. Структура и объем диссертации

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Современное состояние проблемы. Обзор публикаций.
1.2. Выводы из обзора публикаций.
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДИКИ.
2.1. Метод формирования кластерных структур: ИЛО.
Физические основы ИЛО.
Методы формирования конденсата
2.2. Методы анализа полученных структур.
2.2.1. Морфология: ПЭМ, СТМ.
Просвечивающая электронная микроскопия.
Сканирующая туннельная микроскопия
2.2.2. Электронные свойства: РФЭС, ОС.
Физические основы фотоэлектронной и оже-электронной эмиссии.
Расчет энергии связи, КЭ и их размерных сдвигов в кластере
Энергия связи электрона
Кинетическая энергия оже-электрона
Расчет размерных сдвигов энергии связи и кинетической энергии электронов в кластере
2.2.3. Количество осажденного вещества: метод ОРР.
2.4. Экспериментальная установка и методика эксперимента.
2.5. Обработка экспериментальных данных.
2.5.1. Характеристика структуры отдельных кластеров металла.
Фрактальная размерность.
Процедура обработки и анализа СТМ изображений кластеров
2.5.2. Характеристика ансамбля кластеров на поверхности.
Определение функции распределения кластеров по размерам
Определение функции распределения кластеров по расстояниям до ближайших соседей
Фурье-анапиз изображений кластеров
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Исследованные системы кластер/подложка.
3.2. Морфология конденсата: результаты.
3.2.1. Отдельный кластер на поверхности: фрактальная структура.
Кластеры Аи/ВОПГ: результаты СТМ исследования.
Кластеры АиЛМаС! и Си/№С1: результаты ПЭМ исследования.
3.2.2. Ансамбль кластеров на поверхности: упорядочение.
3.3. Морфология конденсата: обсуждение.
3.3.1. Отличие ИЛО от ТО.
3.3.2. Формирование фрактальных нанокластеров за N=1 импульс осаждения
3.3.3. Эволюция системы кластеров: самоупорядочение при N»1
3.4. Электронные свойства фрактальных кластеров.
3.4.1. Зависимось энергии связи от размера фрактального кластера: экспериментальные данные
3.4.2.Модель влияния фрактальной размерности кластера на поведение энергии связи.
3.5. Исследование перехода нанокластеров металла в неметаллическое состояние с помощью процесса Костера-Кронига.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
6. БЛАГОДАРНОСТЬ.

Список используемых сокращений
ИЛО - импульсное лазерное осаждение;
ТО - термическое осаждение;
РФЭС - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия; КЭ - кинетическая энергия;
ОС - оже-спектроскопия;
ОРР - обратное резерфордовское рассеяние;
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия;
СВВ - сверхвысокий вакуум;
СТМ - сканирующая туннельная микроскопия;
СТС - сканирующая туннельная спектроскопия;
ВОПГ - высокоориентированный пиролизный графит;
зону (см. Рис. 4). Ширина заполненной т2 зоны и незаполненной нр° зоны увеличивается пропорционально увеличению числа ближайших соседей [11]. Таким образом, с увеличением размера кластера происходит уменьшение ширины его «запрещенной зоны» Д (щели между т2 и пр° зонами). Приобретение металлических свойств объемного образца наступает в момент перекрытия заполненной и незаполненной зон (Д=0). Таким образом, происходит изменение харектера химической связи между атомами кластера от сил ван дер Ваальса через ковалентную связь к металлической. Переход от ван-дер-ваальсовской к ковалентной связи отражает процесс делокализации валентных электронов кластера по мере увеличения числа атомов в нем и может быть представлен как фазовый переход, в котором роль параметра порядка играют факторы, определяющие степень локализации (делокализации) валентных электронов. На основе построенной теории в работе [11] было получено, что в кластере переход от ван-дер-ваальсовской к ковалентной связи должен происходить при числе атомов в кластере ли— 13.

КЛАСТЕР- КЛАСТЕР- МЕТАЛЛ ДИЭЛЕКТРИК МЕТАЛЛ
■X ♦ 6s

Рис. 4. Электронные конфигурации атома кластера и объемного металла. Переход металл-неметалл с уменьшением числа атомов происходит в момент перекрытия 6я и 6р зон [11].
Экспериментальное исследование перехода металл-неметалл в кластерах проводилось в работах [11-14]. В работе [13] исследована зависимость потенциала ионизации 1Р кластеров Н$,„ от числа атомов т в них. Наблюдалось монотонное уменьшение значения 1Р с увеличением т от 20 до 70, что свидетельствует о постепенной эволюции электронных свойств кластеров. Было обнаружено отклонение поведения 1Р от теоретической зависимости для потенциала ионизации проводящего шара радиуса г 1Р = ф + е2 Иг (ф - работа выхода) для кластеров с т<70. Таким образом, кластер ртути приобретает полностью металлические свойства при числе атомов >70.