Фізичні процеси, які відбуваються в адсорбованих на поверхні перехідного металу шарах. Електронна властивість, як підвищена фотоемісійна здатність та каталітична активність. Взаємозв"язок електронної і атомної структури лужних і лужноземельних металів.
Аннотация к работе
Дисертаційна робота присвячена вивченню змін в електронній структурі поверхні, що відбуваються при зміненні концентраціі адсорбованих атомів лужних і лужноземельних елементів і супроводжуються структурними фазовими переходами в адсорбованих шарах. Детальне вивчення фізичних процесів, які відбуваються в адсорбованих на поверхні перехідного металу шарах, є необхідним для вияснення можливостей керування електронними властивостями поверхні шляхом зміни концентрації і структур таких шарів. Перехід від неметалічного до металічного стану речовини, або перехід діелектрик-метал (ДМ), є дуже цікавим фізичним ефектом, дослідженнями якого займаються вчені всього світу. Основними задачами дослідження були отримання нових відомостей про можливості створення поверхонь із поліпшеними емісійними і каталітичними характеристиками шляхом зміни концентрації адатомів в шарах лужних і лужноземельних металів на поверхнях перехідних металів та розвиток уявлень про характер переходу ДМ в адсорбованих шарах в залежності від структури і адсорбційного зв"язку. Найбільш привабливими для досліджень змін електронної структури виглядають шари ЛЗМ на борознистих гранях перехідних металів, таких як Мо(112) і Re(1010), що вигідно відрізняються чітким проявом непрямої взаємодії між адатомами та можливістю одновимірного стиснення адсорбованих плівок в доволі широких межах субмоношарового покриття.При підвищенні покриття, в адсорбованих шарах відбуваються структурні фазові переходи між узгодженими з підкладинкою структурами, а для покриття більшого за ? плівка стає одновимірно-неузгодженою внаслідок поступового стиснення вздовж борозенок. Для порівняно простого випадку Li i Na на поверхні W(110), де непряма взаємодія не дуже сильно проявлена, основні особливості цього переходу було з"ясовано шляхом моделювання методом Монте-Карло з використанням одного параметра - дипольного моменту адатомів. Перехід між цими станами - перехід ДМ - відбувається за різними механізмами в залежності від валентності адсорбованого металу (перехід Мотта для одновалентних і перехід Вільсона для двохвалентних) або можливої зміни періоду системи (перехід Пайерлса). Щодо переходу ДМ, то його розрахунки (для Mg) виконано в моделі утворення зонної структури при збільшенні розмірів кластерів для фіксованої відстані між атомами, тобто не для випадку збільшення покриття на поверхні перехідного металу. Для розрахунків електронної структури поверхні методом ЛППХ звичайно викристовується модель у вигляді пластини, побудованої з декількох атомних площин відповідної структури (вздовж поверхні пластина необмежена, завдяки чому зберігається двовимірна трансляційна симетрія).В шарах ЛЗМ, адсорбованих на борознистих гранях перехідного металу, перехід ДМ відбувається водночас із структурним фазовим переходом, коли внаслідок підвищення концентрації структури плівок стають одновимірно-неузгодженими з підкладинкою. Проведене моделювання переходу порядок-безпорядок в таких шарах дозволило оцінити параметри енергії взаємодії, а знайдені за результатами самоузгоджених розрахунків зони поверхневих резонансів, що перетинають рівень Фермі, з"ясувати причини високої ефективності цієї взаємодії на борознистій поверхні Мо(112). Як показали модельні розрахунки еволюції електронної структури моношарів ЛЗМ при їх розширенні, перехід до діелектричного стану є різким для гексагональних та центрованих структур і відбувається при певній міжатомній відстані, що залежить від атомного розміру. Для лінійних структур, таких як в системі Mg/Мо(112), при стисненні вздовж борозенок цей перехід має плавний характер, що може бути наслідком одновимірної металізації вздовж лінійних ланцюжків. Математичне моделювання методом Монте-Карло показало, що вплив адсорбованих на Pt(111) плівок Li на хід реакції окислення СО доцільно розглядати як результат дії двох конкуруючих механізмів: зростанням ймовірності прилипання кисню, з одного боку, та зменшенням числа вільних адсорбційних центрів.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Взаємозв"язок електронної та атомної структур поверхні і адсорбованих шарів чітко проявляється при переході ДМ в плівках ЛЗМ. В шарах ЛЗМ, адсорбованих на борознистих гранях перехідного металу, перехід ДМ відбувається водночас із структурним фазовим переходом, коли внаслідок підвищення концентрації структури плівок стають одновимірно-неузгодженими з підкладинкою. Мінімум роботи виходу в цих системах відповідає покриттю q = 0.5, що розділяє дві області, в яких властивості шарів суттєво відрізняються. При q Ј 0.5, як було знайдено раніше, створюються узгоджені структури, що обумовлено диполь-дипольною і непрямою взаємодією між адатомами. Проведене моделювання переходу порядок-безпорядок в таких шарах дозволило оцінити параметри енергії взаємодії, а знайдені за результатами самоузгоджених розрахунків зони поверхневих резонансів, що перетинають рівень Фермі, з"ясувати причини високої ефективності цієї взаємодії на борознистій поверхні Мо(112).
Важливу роль в процесі металізації відіграє густина вільних валентних електронів, яку можна змінювати шляхом адсорбції кисня або змішенням різних ЛМ. Зокрема, змінюючи покриття Ва на поверхні Mg, можна отримати максимальне поверхневе підсилення фотоемісії в практично важливій області ультрафіолетового проміння.
Характер переходу ДМ значною мірою визначається структурою адсорбованої плівки ЛЗМ. Як показали модельні розрахунки еволюції електронної структури моношарів ЛЗМ при їх розширенні, перехід до діелектричного стану є різким для гексагональних та центрованих структур і відбувається при певній міжатомній відстані, що залежить від атомного розміру. Для лінійних структур, таких як в системі Mg/Мо(112), при стисненні вздовж борозенок цей перехід має плавний характер, що може бути наслідком одновимірної металізації вздовж лінійних ланцюжків.
Проведені дослідження промотуючих властивостей шарів Li доповнюють існуючі уявлення про роль зміни електронної густини і локальних електростатичних полів в дисоціативній адсорбції кисню на поверхні платини. Математичне моделювання методом Монте-Карло показало, що вплив адсорбованих на Pt(111) плівок Li на хід реакції окислення СО доцільно розглядати як результат дії двох конкуруючих механізмів: зростанням ймовірності прилипання кисню, з одного боку, та зменшенням числа вільних адсорбційних центрів. Звідси випливає, що ефективного промотування реакції можна досягти за допомогою невеликого покриття поверхні Pt плівками ЛМ або ЛЗМ з великим дипольним моментом адатомів.
Основні результати і положення дисертації, що виносяться на захист, ступінь їх новизни і практична важливість - наведені в розділі "Загальна характеристика роботи".
Основні результати роботи опубліковано в статтях
1. Катрич Г.А., Климов В.В., Яковкин И.Н. Фотоэлектронные исследования системы молибден (112) - субмонослойные пленки стронция //Известия АН СССР, Сер. Физ.- 1988.- Т.52, № 8.- С. 1544-1548.
2. Замша В.П., Кулик В.С., Медведев В.К., Яковкин И.Н. Спектр плазменных потерь при отражении электронов от поверхности (1010) кристалла рения //ФТТ.- 1989.- Т.31, вып.5.- С.289-292.
3. Кулик В.С., Медведев В.К., Яковкин И.Н. Характеристические потери энергии электронов в пленке стронция на поверхности (1010) кристалла рения //ФТТ, 1989.- Т.31, вып. 10.- С. 79-82.
4. Катрич Г.А., Климов В.В., Яковкин И.Н. Электронная структура пленок магния на поверхности (112) кристалла молибдена. //УФЖ.- 1991.- Т.36, №6.- С. 929-933.
5. Катрич Г.А., Климов В.В., Попович Н.Н., Рудаковская Л.А., Яковкин И.Н. Электронные свойства грани (112) молибдена с чистой и покрытой кислородом и окисью бария поверхностью //УФЖ.- 1991.- Т.36, №6.- С. 871-874.
6. Яковкин И.Н., Климов В.В. Взаимосвязь электронной и атомной структур пленок Mg на поверхности (1010) кристалла Re //УФЖ. - 1991.- Т.36, №10.- С.1548-1551.
7. Катрич Г.А., Климов В.В., Яковкин И.Н. Взаимосвязь электронной и атомной структур пленок щелочноземельных металлов на поверхностях (112)Мо и (1010)Re //УФЖ.- 1992.- Т.37, № 3.- С. 429-437.
8. Yakovkin I.N. Monte-Carlo simulation of order-disorder transitions in linear structures of alkali and alkaline-earth adsorbates //Surf.Sci.- 1993.- V.282, № 1-2.- P.195-201.
10. Катрич Г.А., Петрова Н.В., Яковкін І.М. Сумісна адсорбція Mg і Ва на поверхні (112)Мо// УФЖ.- 1994.- Т.39, №1.- С.78-80.
11. Katrich G.A., Klimov V.V., Yakovkin I.N. Interrelation between atomic and electronic structures of alkaline-earth adlayers on Mo(112) and Re(1010) // J.Elect.Spect.Rel.Phen.- 1994.- V.68.- P. 369-375.
12. Катрич Г.А., Климов В.В., Петрова Н.В., Яковкин И.Н. Поверхностный фотоэффект и плазменные возбуждения в адпленках щелочноземельных металлов // Известия РАН, сер.физ.- 1994.- Т. 58, № 10.- С.7-10.
13. Bender M., Erlich D., Yakovkin I.N., Rohr F., Baumer M., Kuhlenbeck H., Freund H.-J. and Staemler V. Structural rearrengement and surface magnetism on oxide surfaces: a temperature-dependent low-energy electron diffraction - electron energy loss spectroscopy study of Cr2O3(111)/Cr(110) //J.Phys.: Condens. Matter.- 1995.- V.7.- P.5289-5301.
14. Bender M., Yakovkin I.N., Freund H.-J. Adsorption and reaction of magnesium on Cr2O3(0001)/Cr(110) //Surf. Sci.- 1996.- V.365.- P. 394 - 402.
15. Dillmann B., Rohr F., Seiferth O., Klivenyi G., Bender M., Homann K., Yakovkin I.N., Erlich D., Baumer M., Kuhlenbeck H., Freund H.-J. Adsorption on a polar oxide surface: O2, C2H4, and Na on Cr2O3(0001)/Cr(110) //Faraday Discuss.- 1996.- V.105.- P.295-315.
16. Yakovkin I.N. Self-consistent electronic structure of the Mo(112) surface //Surf. Sci.- 1997.- V.389.- P.48-54.
17. Yakovkin I.N. Metallization of the monolayer Mg film with a linear atomic structure //Surf. Sci.- 1998.- V.406.- P.57-62.
18. Yakovkin I.N., Katrich G.A., Loburets A.T., Vedula Yu.S., Naumovets A.G. Alkaline-earth overlayers on furrowed transition metal surfaces: an example of tailoring the surface properties //Progr. Surf. Sci.- 1998.- V.59, N 1-4.- P.355-365.
19. Yakovkin I.N. Metallization of Mg and Sr centered monolayers on one-dimensional compressing //Ukr. J. Phys.- 1999.- V.44, N 9.- P. 1155-1159.
20. Yakovkin I.N., Chernyi V.I., Naumovets A.G. Effect of Li on the adsorption of CO and O on Pt //J. Phys. D: Appl. Phys.- 1999.- V.32.- P.841-845.
21. Yakovkin I.N. Nonmetal-to-metal transition in alkaline earth monolayers.// Surf. Sci.- 1999.- V.442, N 3.- P.431-441.
22. Yakovkin I.N., Chernyi V.I., Naumovets A.G. Oxidation of CO on Li - precovered Pt. .// Surf. Sci.- 1999.- V.442, N 1.- P.81-89.