Диагностика структуры и управление физико-химическими свойствами единичных нанокластеров оксидов вольфрама, алюминия и титана

• Автор: Гатин, Андрей Константинович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 .Зондовая микроскопия - общие сведения

1.1.1 .Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов

1.1,2.Сканирующие элементы (сканеры) зондовых микроскопов

1.1.3.Защита зондовых микроскопов от внешних воздействий

1.1.4.Стабилизация термодрейфа положения зонда над поверхностью

1.1.5.Формирование и обработка СЗМ изображений

1.1 .б.Сканирующая туннельная микроскопия

1.1.7.3онды для туннельных микроскопов

1.1.8.Спектроскопические измерения в СТМ
1.1.9.Система управления СТМ
1.2.Исследование поверхностных комплексов методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии
1.2.1. Изображение адсорбированных частиц в СТМ
1.2.2. Туннельная спектроскопия адсорбированных частиц
1.2.3. Туннельная спектроскопия полупроводников
1.2.4. Элементарные процессы на поверхности - адсорбция, диссоциация и поверхностная миграция атомных частиц
1.2.5. Упорядоченные слои адсорбированных частиц
1.2.6. Исследование окислительных реакций с помощью СТМ
Глава 2 Экспериментальная установка
2.1. Сверхвысоковакуумная камера
2.2. Сканирующий туннельный микроскоп
2.3. Вспомогательное экспериментальное оборудование
2.4. Приготовление острий
2.5. Образцы
2.6. Адсорбция и нанесение наночастиц на поверхности образцов
Глава 3. Диагностика структуры и свойств нанокластеров оксидов алюминия титана и вольфрама
3.1 Топографическая и спектроскопическая диагностика оксидных наночастиц
3.2 Детектирование и определение свойств дефектов оксидных нанокластеров
Глава 4. Управляемый рост и модификация единичных оксидных нанокластеров
4.1. Управляемый рост и модификация единичных оксидных нанокластеров на острие СТМ
4.2. Формирование наноструктур на поверхности оксида титана
Заключение
Список цитируемой литературы

Введение
Область возможных применений оксидов и нанооксидов сегодня весьма обширна. Оксиды традиционно широко используются в катализе (А1203, ТЮ2, ТЮ2) и фотокатализе (ТЮ2, МоО), электронике (СиО, АЬОз), лазерной технике (WOx), ядерной энергетике (В^Оз), медицине (ТЮ2) и т.д. Оксиды сложного состава — исторически первый пример высокотемпературных сверхпроводящих керамических материалов.
Как правило, реальные оксиды, представляющие наибольший интерес для практического применения, представляют собой набор кристаллов, имеющих различные типы кристаллической решетки и многочисленные дефекты в них. Используемые для их изучения методы - рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, ультрафиолетовая, инфракрасная, Оже- и другие варианты спектроскопии, диагностируют достаточно большие участки, вследствие чего полученные данные оказываются усредненными по всему набору решеток и дефектов оксида. В результате во многих случаях затрудняется интерпретация полученных экспериментальных результатов. Особенно трудно установить свойства наноструктур, которые во многом определяются строением и составом их поверхностей. Наиболее совершенными, позволяющими работать на уровне единичных нанокластеров, являются зондовые методы исследования поверхности, в том числе сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и сканирующая туннельная спектроскопия (СТС).
В нанооксидах, как и во всех других наноматериалах, отчетливо проявляются размерные эффекты, что позволяет управлять физикохимическими свойствами этих материалов. Возможность управляемого роста, а также целенаправленной модификации готовых нанооксидов с

спектроскопии или обратной фотоэлектронной спектроскопии. Однако, как уже отмечалось, полученные данные оказываются усреднены как по участку поверхности с минимальным размером в несколько квадратных микрон, так и по нескольким приповерхностным слоям. Этих недостатков лишена сканирующая туннельная спектроскопия (СТС). Кроме возможности проводить измерения с атомным пространственным разрешением, СТС отличается от стандартных методов еще рядом аспектов, которые особенно важны при изучении адсорбированных частиц и рассматриваются ниже.
Во-первых, спектры, полученные с помощью СТС, являются результатом взаимодействия острия и поверхности. Это фактор был учтен в работе [32], где предлагалось рассматривать плотность электронных состояний чистого металлического острия как довольно гладкую, медленно меняющуюся от энергии функцию. Однако, необходимо заметить, что это утверждение не верно, если в процессе эксперимента острие покрывалось адсорбатом.
Второй эффект, который необходимо учитывать, состоит в том, что должен быть принят во внимание коэффициент, зависящий от энергии туннелирующего электрона. Он связан с тем, что электроны, энергия которых близка к энергии уровня Ферми, имеют потенциальный барьер, ширина которого меньше, чем ширина потенциального барьера для нижележащих по энергии электронов. То есть, вклад электронов с различной энергией в туннельный ток не одинаков даже в случае постоянной плотности электронных состояний. Таким образом, при измерении глубоколежащих заполненных электронных состояний чувствительность СТС резко падает по мере увеличения разности между текущим значением энергии туннелирующих электронов и энергией уровня Ферми. Это особенно важно при спектроскопических измерениях на поверхности, содержащей