Некоторые способы изучения поверхности твёрдых тел

Известно, что свойства поверхности тел различных веществ отличаются от свойств внутренних слоев, будь то жидкость или твердое тело. В твердом теле, в частности, фононный спектр атомов поверхностного слоя атомов будет значительно отличаться от спектра слоев объёмного материала. Для непосредственного изучения поверхности монокристалла возможно использование высокоинтенсивного излучения, которое может быть получено на синхротроне. В частности, работе [39] излучение синхротронного источника было использовано для изучения фононных спектров поверхностных атомных слоёв монокристалла железа, вырезанного в направлении (110).

Рисунок 1 – Схема эксперимента для изучения поверхности с использованием синхротронного источника излучения [39].

Используя схему эксперимента, приведенную на рисунке 1. авторы работы [39] определили плотности фононных состояний на поверхности (S), в приповерхностном слое (S-1) и в объеме (D) для Fe(110) (Рисунок 2). Графическое пояснение обозначений S, S-1 и D приведены на рисунке 3. Из рисунка 2 видно, что для внутренних слоев (случай D) наблюдается узкий бесфононный пик в районе 35 мэВ, который, очевидно, соответствует атомам, находящимся в основном состоянии фононного спектра. При приближении к поверхности, случай S-1, наблюдается сдвиг этого пика без заметного, в пределах погрешности эксперимента, изменения амплитуды. Такой подход для поверхностного слоя атомов, в случае S, позволяет обнаружить совершенно иную картину. Для атомов, находящихся в первом слое на поверхности, отсутствует сколько-нибудь значимая заселенность основного состояния фононного спектра.

Еще одним методом изучения поверхности твердых тел является низкотемпературная мёссбауэровская спектроскопия конверсионных электронов. В случае материала, имеющего один или несколько атомных слоев вещества, содержащего резонансные изотопы, на поверхности инертной матрицы, при использовании изотопически чистого железа 57 можно получать спектры, характеризующие поверхностные свойства твёрдых тел.

Такой метод был реализован в работе [40]. Были изучены моно- и мультиатомные слои железа созданные на поверхности золота (рисунок 4). Последующее изучение этого образца методом низкотемпературной конверсионной мёссбауэровской спектроскопии позволило определить параметры сверхтонкого взаимодействия атомных слоёв поверхности.

Рисунок 2 – Плотность фононных состояний на поверхности (S), в приповерхностном слое (S-1) и в объеме (D) для Fe(110) [39].

Рисунок 3 – Пояснение обозначений S, S-1 и D [39].

Авторами были изучены три образца содержащие три (3 AL), два (2 AL) и один (1 AL) атомные слои (Рисунок 2).

Из рисунка 2 видно, что спектры всех трех атомных слоев существенно отличаются от спектра объемного α-железа. в случаях 2 AL и 3 AL наблюдаются две компоненты магниторасщепленной структуры (C и I) (таблица 1). В случае же монослоя (1 AL) появляются новые компоненты A и M, последняя из которых обладает большим квадрупольным расщеплением.

Рисунок 4 – Схематичное изображение мультиатомных слоёв железа на золоте [40].

Таблица 1 – Сверхтонкие магнитные поля монослоя, двойного и тройного слоя пленки Fe(001), заключенной между Au(001) [40].

Рисунок 5 – Спектры конверсионных электронов 1, 2 и 3 монослоев железа на золоте полученные при 80 К [40].

Приведённые в данной главе результаты в сочетании с полученными спектрами в геометрии пропускания очень важны для понимания процессов, происходящих на поверхности твёрдых тел.

Date: 2016-05-13; view: 488; Нарушение авторских прав