Оксидные наноструктуры на поверхности ниобия (110): РФЭС-, РФД- и СТМ-исследование

• Автор: Разинкин, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 93 с. : 49 ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОВЕРХНОСТЬ НИОБИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ 7 ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

1.1. Поверхность ниобия, адсорбционные структуры на ниобии и других 7 металлах IVV1 групп.

1.1.1. Структура и свойства металлического ниобия.

1.1.2. Система .

1.1.3. Чистая поверхность ниобия эксперимент и теоретические расчеты.

1.1.4. Адсорбционные структуры на поверхности ниобия и металлов IVVI групп.

1.2. Методы исследования поверхности.

1.2.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия РФЭС.

1.2.2. Рентгеновская фотоэлектронная дифракция РФД.

1.2.3. Сканирующая туннельная микроскопия СТМ.

1.3. Постановка задачи для диссертационного исследования.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Исследовательский комплекс на базе электронного спектрометра
МК И.
2.2. Экспериментальные характеристики электронного спектрометра МК II и СТМмикроскопа I
2.2.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением РФЭС УР.
2.2.2. Рентгеновская фотоэлектронная дифракция.
2.2.3. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия.
2.3. Методика квантовохимичсскнх расчетов V, I.
2.4. Методика подготовки поверхности монокристаллического ниобия .
2.4.1. Ориентация образца с помощью рентгеновских лауэграмм.
2.4.2. Механическая и электрохимическая полировка поверхности монокристалла 0.
2.4.3. Подготовка поверхности в СЯусловиях.
2.4.4. Методика формирования упорядоченных оксидных структур на поверхности .
2.5. Основные выводы.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДАМИ РФЭС, РФД И КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.
3.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия поверхности .
3.2. Рентгеновская фотоэлектронная дифракция поверхности .
3.3. Компьютерное моделирование поверхностей , и 0. Эффект релаксации межслоевых расстояний в поверхностных слоях ниобия.
3.4. Основные выводы.
4. СУБМОНОСЛОЙНЫЕ ОКСИДНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ
0 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ
СПЕКТРОСКОПИИ И ДИФРАКЦИИ
4.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением
РФЭС УР поверхности x и оксидов системы .
4.2. Рентгеновская фотоэлектронная дифракция поверхности x 0.
4.3. Моделирование рентгеновской фотоэлектронной дифракция поверхности x в приближении однократного рассеяния фотоэлектронов.
4.3. Квантовохимические расчеты xструктур на поверхности 0.
Основные выводы.
5. СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ КВАЗИУПОРЯДОЧЕННЫХ xСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ 0 И РЯДА ТЕСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ.
5.1. СТМмикроскопия тестовых поверхностей дихалькогенидов i2 i2 и 4 i2.
5.2. СТМмикроскопия поверхности x .
5.3. Атомная топология поверхностных МЬОхструктур на .
5.4. Модель формирования поверхности x 0.
5.5. Основные выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы


Второе, в концентрационном интервале между аНЬО и обнаружен ряд метастабильных низших субоксидов состава , х , , . Эти субоксиды образуются при распаде пересыщенных твердых растворов кислорода в ниобии . Субоксидные фазы, по мнению авторов, являются промежуточными при постепенной трансформации кубической оцкрешетки в структуру ЫЬО. Низкая растворимость кислорода в шкрешетке ниобия, формирование низших субоксидных фаз уже при небольших концентрациях кислорода, а также высокие значения энтальпий и свободной энергии образования оксидных фаз Таблица 1. Отметим, что
все перечисленные фазы, включая метастабильные, обнаружены при изучении кинетики окисления ниобия в фольгах и объемных образцах, причем субоксидные в виде тонких пленок на начальных стадиях окисления 6 при низких давлениях кислорода. Таблица 1. Соединение Сингоиня Параметр. Число формульных единиц в ячейке Пространств. Кубнч. ЫЬ Тетрагон. РЬЬОз Тетрагон. Ромбич. КЬ Моноклинная. Моноклинная. Моноклинная. Моноклинная. Ромбич. Н Моноклинная. РК0, Моноклинная. Таблица 1. ЬО , 6
р, гсм3 7. Ср, Джмоль К . ДДзр, кДжмоль 8. ДжМ0ЛЬ К . Дор, кДжмоль 5. Для изучения адсорбционных свойств системы ниобийкислород и получения чистой поверхности имеет значение также общая информация о кинетических характеристиках взаимодействия в этой системе. Кинетика взаимодействия в системе ниобийкислород при низких давлениях в области образования объемного твердого раствора характеризуется высокими значениями коэффициентов абсорбции г вплоть до высоких температур С у1. Процессы растворения и диффузии кислорода, как установлено, не являются лимитирующими стадиями. Конкуренция процессов растворения кислорода в ниобии и удаления оксидов начинает сказываться при температурах выше С. На сегодняшний день существует весьма ограниченное число работ, посвященных экспериментальному исследованию чистой поверхности ниобия. Это связано с техническими сложностями в получении такой поверхности и, как следствие, нереальностью ее практического использования. Под чистой поверхностью мы подразумеваем, прежде всего, монокристалличсские грани ниобия свободные от примесей и обладающие совершенной атомной структурой. Определенный интерес представляют также поверхности поликристаллических образцов например, пленок и наноматериалов на основе ниобия частиц и кластеров ниобия. Литературные данные по экспериментальному и теоретическому исследованию чистой поверхности собраны в Таблице 1. Как уже отмечаюсь, ниобий имеет оцк кристаллическую решетку, где наиболее ПЛ неупакованными являются плоскости сечения , 0 и рис. Большинство публикаций по чистым поверхностям ниобия и адсорбционным структурам на ниобии выполнено именно на этих гранях. Чем объясняется научный интерес к идеальной поверхности кристалла Казалось бы, атомы металла на такой поверхности должны в точности воспроизводить структуру металла в одной из плоскостей ссчсння x, выбранной для исследований. Однако за счет обрьта металлметалл связей на поверхности атомы стремятся оптимизировать свои структурные позиции. Это приводит к структурной релаксации поверхностных слоев, которая наиболее часто сводится к изменению мсжслоевых расстояний вблизи поверхности. В результате электронная структура поверхностных слоев, а, следовательно, и физикохимнчсские свойства поверхности претерпевают изменения. Из экспериментальных исследований чистой поверхности ниобия выделим работу , где изучались фотоэлектронные спектры внутренних МЬЗясостояний монокристадличсской грани с использованием сиихротронного излучения рис. Для повышения чувствительности к поверхности авторы выбрали энергии рентгеновских квантов и 0 эВ, при этом кинетическая энергия МЬЗбэлсктронов составляет всег о несколько десятков эВ и глубина анализа не превышает поверхностных монослоя. В работе впервые была установлена величина химического сдвига МЬЗяуровнсй поверхностных состояний ниобия относительно спектральной линии от объема металла так называемый v i, . Для первого поверхностного монослоя химический сдвиг i составил 0. В в направлении больших энергий связи Есв от основного состояния, для второго монослоя .