Новые эффекты в процессах взаимодействия возбужденных частиц с поверхностью

• Автор: Ковалевский, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 65 с.; 20х15 см

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ Успех решения многих задач гетерогенного катализа, физики плазмы, микроэлектроники, определяется уровнем понимания динамики элементарных актов взаимодействия атомных частиц с поверхностью и на поверхности твердого тела (ПТТ). При скоростях движения атомных частиц, представляющих наибольший практический интерес, динамика процессов адсорбции, десорбции, миграции, девозбуждения, разнообразных химических превращений определяется строением и свойствами гетерогенных комплексов. Поверхностные комплексы, столкновительные и адсорбционные , интенсивно исследуются в течении многих десятилетий многими методами - кинетическими, пучковыми и, начиная с восьмидесятых годов, методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. Одним из наиболее информативных динамических методов является метод молекулярных пучков. С его помощью становится доступной информация о сечениях рассеяния молекулярных пучков с известным распределением частиц по электронноколебательным уровням. Однако техника молекулярных пучков достаточна сложна, область применения метода ограничена кинетическими энергиями порядка 2 эв, он не позволяет проводить изучение процессов с коротко живущими, возбужденными частицами. Необходима разработка новых методов, позволяющих преодолеть эти ограничения.
Кроме динамических характеристик гетерогенных процессов необходима информация относящаяся к локальному центру поверхности. Для химии гетерогенного катализа создание нового метода исследования активного центра принципиально важно. Известно, что на одной и той же поверхности одни и те же атомы (молекулы) могут занимать существенно различные положения и обладать существенно различными реакционными способностями. Возбужденные и слабосвязанные состояния ' сорбированных частиц могут играть роль "прекурсоров",
фода которых (и даже сам факт их существования) чвленно дискутируются в течение десятилетий. Создание цов прямого наблюдения и изучения адсорбированных кул в таких состояниях, а также одиночных гетерогенных оуплексов относятся к числу наиболее актуальных задач йеменной химической физики.
! ЦЕЛЬ РАБОТЫ Исследование динамики элементарных к. т взаимодействий атомных частиц, в том числе электронно
г.Ьлебательно возбужденных, с поверхностью и на поверхности ердого тела. Создание новых методов, пучковых и

использующих СТМ, позволяющих изучать строение и свойства возбужденных гетерогенных комплексов, столкновительных и адсорбционных.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Открыты новые физические эффекты - пороговые и резонансные особенности в угловых и
энергетических зависимостях токов ионов, рассеяных
поверхностью твердого тела и создан метод, позволяющий восстанавливать динамические параметры гетерогенных столкновительных комплексов (в том числе электронно-
возбужденных). Обоснован и экспериментально реализован метод автоэмиссионной туннельной спектроскопии, позволивший впервые в мире регистрировать электронноколебательные резонансы одиночных адсорбированных частиц в экспериментах с СТМ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Созданный метод ионного пучка позволяет получать моноэнергетические потоки
частиц с варьируемой кинетической и внутренней энергией и изучать гетерогенные процессы с возбужденными реагентами. Динамические характеристики процессов, протекающих при столкновении атомов и молекул с поверхностью, исключительно важны для понимания сложных каталитических реакций. Особенно труднодоступна информация о короткоживущих промежуточных комплексах, возникающих при взаимодействии с поверхностью активных частиц. Возможности оптических и электронных методов здесь крайне ограничены, поэтому предлагаемый метод может найти широкое применение при изучении работы газоразрядных приборов низкого давления, лазеров, неравновесных газофазных процессов, процессов обмена энергией.
Создание метода изучения локальных динамических характеристик поверхностного комплекса открывает большие перспективы для решения фундаментальных проблем гетерогенного катализа. Лишь этому методу доступна информация, необходимая для выяснения на микроскопическом уровне механизмов каталитических химических реакций. Многообразие различных гетерогенных комплексов, т.е. групп различных неэквивалентных атомов сосуществующих на поверхности твердого тела, также очень велико. Локальные динамические методы, к числу которых можно отнести и сканирующую туннельную колебательную спектроскопию, при дальнейшем развитии могут дать уникальную информацию о структуре и свойствах
показали, что СО адсорбируется при комнатной температуре молекулярно. Максимальное заполнение 0 « 0,5 монослоя. Работа выхода при увеличении покрытия от 0 до 0,33 монослоя падает на 0,16 э в, а затем увеличивается на 0,2 эв при заполнении близком к насыщению. Чистая поверхность платины характеризуется высокой локальной электронной плотностью состояний, расположенных под уровнем Ферми и определяемых й-зоной металла. Расчеты проведенные методом псевдопотенциала для Рс1 показали также существование в области на 2 эв ниже Ер значительной доли поверхностных состояний, которые, могут играть большую роль в нейтрализации ионов. Данные работы [12], полученные с использованием синхротронного излучения, показывают, что при адсорбции СО на Р1 плотность состояний <3-зоны, лежащих около уровня Ферми, резко уменьшается, и появляются 2 пика с энергиями на 8,7 эв и 11,9 эв ниже уровня Ферми. Эти пики определяются 5а+ 1л и 4а орбитами СО, соответственно.
и-И-55"

Рис. 25 Энергетические зависимости тока ионов Аг+, рассеянных поверхностью поликристаллической Рі (черные кружки) и поверхностью платины после экспозиции 50 Ь в СО (белые кружки).
На рис.25 приведены результаты наших экспериментов по измерению энергетических зависимостей вероятности выживания ионов Аг+ на поверхности очищенной ионной