Б.В. Андрюшечкин

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В АДСОРБИРОВАННЫХ СЛОЯХ

Аннотация:
В работе сделан обзор современного состояния исследований в области фазовых переходов в адсорбированных слоях на поверхности твердых тел. Приведены основные понятия физики фазовых переходов в двух измерениях и показаны примеры изучения определенных классов адсорбционных систем, в которых реализуются теоретически предсказанные особенности фазовых переходов.
(скачать PDF)
Ключевые слова: адсорбированные слои, двумерные фазовые переходы, реконструк-ция поверхности, переход из соразмерной в несоразмерную фазу, латеральное взаимо-действие, дифракция медленных электронов, сканирующая туннельная микроскопия

Б.В. Андрюшечкин, Е.В. Гладченко, K. Дидье, К.Н. Ельцов, Г.М. Жидомиров, Б. Керрен, В.В.Черкез

Аннотация:
В данной работе представлены результаты исследования адсорбции молекулярного хлора на поверхность Ag(111) с использованием низкотемпературной сканирующей туннельной микроскопии, дифракции медленных электронов и теоретических расчетов на основе теории функционала плотности. Впервые удалось наблюдать и идентифицировать структурные фазовые переходы, начиная от субмонослойного покрытия (0.01 монослоя (МС)) до насыщения поверхности хлором. Установлено, что в области степеней покрытия θ < 0.33 МС, хлор формирует цепочечные структуры, в которых атомы занимают положения типа г.ц.к. и г.п.у. При степени покрытия 0.33 МС формируется упорядоченная двумерная решетка хлора (√3×√3)R30° в которой все атомы занимают эквивалентные адсорбционные г.ц.к. положения. Превышение степени покрытия 0.33 МС приводит к появлению кроудионов (дефектов внедрения) и последующей их конденсации в линейные доменные стенки, разделяющие домены со структурой (√3×√3)R30° При степени покрытия θ =0.42 МС начинается реконструкция поверхности с формированием островков размером 10–20 Å с локальной периодичностью (3×3). Установлено, что островки являются антифазными доменами (3×3), электронная дифракция в которых приводит к формированию картины со сложной системой пятен, остававшейся необъясненной с 1974 г. Дальнейшая адсорбция хлора приводит к росту количества островков со структурой (3?3) и заполнения ими всей поверхности образца. СТМ-наблюдения показали, что нереконструированная поверхность серебра между соседними островками (3×3) является фундаментом для формирования на нем новых образований – кластеров Ag₃C_l7. Установлено, что при насыщении θ = 0.55 МС хлорированная поверхность Ag(111) представляет собой смесь из наноостровков с реконструкцией (3×3) и кластеров Ag₃C_l7. Предложены и экспериментально подтверждены структурные модели наностровков со структурой (3×3) и кластеров Ag₃C_l7.
(скачать PDF)
Ключевые слова: атомные структуры, низкотемпературная сверхвысоковакуумная сканирующая туннельная микросокпия, теория функционала плотности, эпоксидиро-вание этилена, хлор, серебро, поверхностные реконструкции, фазовые переходы

Б.В. Андрюшечкин, К. Дидье, К.Н. Ельцов, Б. Керрен, В.В. Черкез

САМООРГАНИЗАЦИЯ АТОМОВ ХЛОРА И ХЛОРИДНЫХ СТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ Au(111)

Аннотация:
В работе представлены результаты сверхвысоковакуумных исследований структуры реконструированной поверхности золота Au(111) при воздействии молекулярного хлора, полученные методами сканирующей туннельной микроскопии и дифракции медленных электронов, и их обсуждение. Впервые наблюдался процесс снятия реконструкции поверхности адсорбатом на атомном уровне. Обнаружено, что атомы хлора при адсорбции на поверхность Au(111)-22×√3 первоначально занимают положения внутри г.ц.к. доменов и формируют линейные цепочки с ближайшим межатомным расстоянием 4.5–5 Å. Цепочки могут замыкаться в плоскости поверхности, образуя кольца размером 3–5 нм, которые затем группируются и формируют сверхструктуру с квазигексагональной симметрией. В месте образования сверхструктур происходит расширение г.ц.к. домена за счет прилегающих г.п.у. доменов. С увеличением степени покрытия θ площадь, занимаемая сверхструктурой, растет, что приводит к снятию реконструкции поверхности при θ ≈ 0.12 МС. Последующее увеличение степени покрытия сопровождается плавной эволюцией периода и среднего диаметра колец в сверхструктуре и завершается формированием двумерной решетки (√3×√3)R30° при θ = 0.33 МС. После формирования решетки (√3×√3)R30°-Cl наблюдается появление нового типа объектов на поверхности, которые мы ассоциируем с молекулами хлорида золота. Дальнейшая экспозиция поверхности хлором приводит к увеличению числа молекулярных структур и их упорядочению в линейные сверхструктуры с одновременным формированием молекулярных димеров. В насыщении хлорированная поверхность золота состоит из молекулярных димеров хлорида золота, упакованных в ряды и формирующих двумерную структуру пчелиных сот c(4×20) в обозначениях Вуда, или  в матричной форме. Установлено, что элементарная ячейка отдельной соты представляет собой кольцевую структуру из шести молекулярных димеров хлорида золота с двумя атомами хлора внутри.
(скачать PDF)
Ключевые слова: самоорганизация, адсорбция хлора, поверхность золота, атомные и молекулярные структуры, сканирующая туннельная микроскопия, низкие температуры

Б.В. Андрюшечкин, В.В. Черкез, В.М. Шевлюга, К.Н. Ельцов

Аннотация:
Методами сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и дифракции медленных электронов (ДМЭ) исследовано взаимодействие молекулярного йода с монокристаллической поверхностью Cu(110). Установлено, что при степени покрытия θ = 0.5 монослоя (МС) йод формирует простую соразмерную решетку c(2×2). Дальнейшая экспозиция йода приводит к одноосному сжатию решетки c(2×2) вдоль направления подложки <110>. Данные СТМ свидетельствуют, что сжатие слоя йода происходит через формирование линейных доменных стенок. При насыщении монослойного покрытия при θ = 0.63 MС йод формирует однородносжатую квазигексагональную структуру. Дальнейшая экспозиция йода на поверхность Cu(110) приводит к росту пленки йодида меди. Для тонких пленок CuI (толщиной 7–20 Å) на СТМ изображениях, помимо атомной модуляции, обнаружена сверхструктура с периодом 90–100 Å, состоящая из сдвоенных полос. Предложена структурная модель поверхности йодида меди, учитывающая сжатие решетки CuI и формирование сдвоенных линейных доменных стенок.
(скачать PDF)
Ключевые слова: сканирующая туннельная микроскопия, анизотропная грань г.ц.к. кристалла, структурные фазовые переходы, молекулярный йод, доменные стенки

Б.В. Андрюшечкин, Е.В. Гладченко, А.С. Рожкова, К.Н. Ельцов, Б. Керрен, В.В. Черкез

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ Cu(110) ПРИ АДСОРБЦИИ ХЛОРА

Аннотация:
В работе представлены результаты изучения адсорбции молекулярного хлора на поверхность меди (110). Показано что в процессе взаимодействия с хлором поверхность меди претерпевает существенные структурные изменения, связанные со значительным переносом вещества подложки. Благодаря применению исследований методами сканирующей туннельной микроскопии и дифракции медленных электронов в диапазоне температур 5–300 К, а также проведенным расчетам с применением теории функционала плотности, нам удалось объяснить наблюдаемые явления и построить модели структур, возникающих на поверхности. Оказалось, что уже на самом раннем этапе адсорбции хлора поверхность меди (110) реконструируется. В ходе дальнейшего увеличения концентрации хлора несколько видов реконструкций последовательно сменяют друг друга. Процесс формирования насыщенного слоя хлора завершается фасетированием поверхности, причем ориентация новых плоскостей соответствует {210}
(скачать PDF)
Ключевые слова: атомные структуры, поверхностная реконструкция, сверхвысокий вакуум, сканирующая туннельная микроскопия, теория функционала плотности, медь, хлор

Б.В. Андрюшечкин, Е.В. Гладченко, Г.М. Жидомиров, А.А. Корлюков, К.Н. Ельцов

Аннотация:
Представлены результаты исследования адсорбции молекулярного йода на поверхность Ag(100) методами сканирующей туннельной микроскопии, дифракции медленных электронов и электронной оже-спектроскопии. Анализ атомных структур, образованных на разных стадиях химической реакции, проводился на основе теории функционала плотности. Установлено, что на первом этапе адсорбции йод формирует на поверхности Ag(100) простую соразмерную решетку с(2×2) с адсорбционным центром для атома йода в полносимметричном положении между четырьмя атомами серебра. Дальнейшая экспозиция йода приводит к росту двумерных островков йодида серебра, на поверхности которых наблюдается отчетливая сверхструктура, идентифицированная нами как (2√2×12√2)R45°. Для описания кристаллической структуры островков предложена модель сэндвича, отличная от объемных кристаллов β-AgI (решетка типа вюрцита) и γ-AgI (решетка типа цинковой обманки). Сэндвич представляет собой четыре атомных слоя, два из которых содержат атомы серебра и находятся в середине структуры, а два внешних слоя состоят из атомов йода. Между сэндвичем и подложкой серебра располагается монослой йода, упакованный в структуру с(2×2). Справедливость предложенной модели подтверждается полным совпадением расчетных и экспериментальных СТМ-изображений поверхности пленки йодида серебра.
(скачать PDF)
Ключевые слова: атомные структуры, сверхвысоковакуумная сканирующая туннельная микроскопия, теория функционала плотности, тонкие пленки, галогениды, инвертированные слои

А.А. Алексеев, В.Г. Котляр, О.А. Утас, Д.В. Грузнев, А.В. Матецкий, А.В. Зотов, А.А. Саранин

Аннотация:
Атомная структура поверхности Si(100)-c(6×2)-Ag определялась путем сравнения результатов, полученных с использованием сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), и расчетов на основе теории функционала плотности. Предложен ряд структурных моделей, схожих по строению с исходной реконструкцией Si(100), которые включают в себя ряды Si-димеров, разделенных желобами. Проверка стабильности двадцати систем со степенью покрытия Ag в интервале от 1/6 до 1 монослоя (МС) позволила сократить число вероятных моделей до 4. Две из них отнесены к структурам, свойственным <нормальной> реконструкции Si(100)-c(6×2)-Ag, тогда как другие две - к дефектно-формируемым вариантам. Последние наблюдались в областях рядом с дефектами и доменными границами и демонстрировали периодичность 3×2. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными СТМ-изображениями показало, что реконструкция подложки Si(100) стабильна, а подсистема серебра эластична благодаря присутствию слабосвязанных мобильных атомов Ag.
(скачать PDF)
Ключевые слова: взаимодействие атом–подложка, кремний, серебро, поверхностные структуры, морфология, шероховатость, топография, теория функционала плотности, сканирующая туннельная микроскопия

А.А. Веденеев, К.Н. Ельцов

Аннотация:
Методами сканирующей туннельной микроскопии, дифракции медленных электронов, электронной оже-спектроскопии и термодесорбционной масс-спектрометрии изучено взаимодействие молекулярного йода с поверхностью GаAs(001)-4×2/c(8×2). Экспериментально установлено, что атомная структура чистой поверхности GaAs(001)-4×2 наиболее адекватно описывается ζ-моделью. Впервые предложена непротиворечивая модель структурных превращений поверхности GaAs(001) в процессе воздействия галогенов, основанная на полученном экспериментальном материале. Выявлены основные закономерности формирования слоя йода на поверхности GaAs(001)-4×2/c(8×2) при адсорбции молекулярного йода, а также изучены структурные переходы поверхности при термической десорбции продуктов химической реакции. Предложена и реализована новая сверхвысоковакуумная процедура формирования атомно-гладкой поверхности GaAs(001) заданной атомной структуры (реконструкции). Процедура основана на селективном удалении атомов галлия и нагревании поверхности до температуры 250-300°С. Установлено, что путем регулирования исходной степени покрытия йодом (0.1 < θ < 1.0) поверхности GaAs(001)-4×2/c(8×2) можно получить последовательный ряд структур типа n×6, структуру 2×4, а также другие локальные структуры, обогащенные мышьяком.
(скачать PDF)
Ключевые слова: управление атомными реконструкциями GaAs(001), сканирующая туннельная микроскопия, структурные фазовые переходы, молекулярный йод