Рост алмаза и графита из газовой фазы - Дерягин Б.В.
Скачать (прямая ссылка):
15
Эти электроны будут разогнаны разностью потенциалов, равной половине разности потенциалов в щели AV. Эта разность потенциалов A V/2 связана со скоростью электронов v по формуле
т 2 — Т '
где elm — отношение заряда к массе электрона. Скорость электронов измерялась по их отклонению в магнитном поле известной напряженности. Все это проводилось в камере, откачанной до высокого вакуума. Найденные значения AV варьировали в зависимости от рода кристалла от десятков до сотен киловольт. Аморфные тела эмиссии электронов не обнаружили, что и понятно.
Заметим, что специальный интерес представляет изучение этого явления при нарушении контакта двух неодинаковых тел, например при отдирании полимерной пленки от стеклянной пластинки. Зная одновременно работу, затраченную на отслаивание, в основном идущую на преодоление притяжения противоположно заряженных поверхностей до наступления разряда, и максимальную скорость эмитируемых электронов, можно было определить плотность зарядов (на единицу площади) образуемых поверхностей; по существу плотность зарядов обкладок того двойного электрического слоя, который, как предположил еще Г. Гельмгольц, образуется при контакте разнородных тел. Измерения дали значения 103—105 абс. электрост. ед. заряда на 1 см2. Плотность зарядов на свежеобразованных гранях кристаллов может существенно превосходить эти значения.
Каков бы ни был заряд граней кристалла в момент их образования, он быстро исчезает, особенно во влажном воздухе, за счет стекания зарядов вдоль поверхности. Вместе с этими зарядами исчезает и мощное поле, образуемое их совокупным действием,— поле, которое, как и поле равномерно заряженных пластин конденсатора, убывает с расстоянием весьма медленно. Остаются только электрические поля разноименных ионов, у которых концы силовых линий локализованы на поверхности грани на близком расстоянии друг от друга. Помимо этого поле поверхностных сил образуется молекулярными силами (исходящими из поверхностных атомов и ионов), природа которых связана со строением электронных оболочек атомов.
Наконец, атомы могут взаимодействовать за счет сил валентной связи. Примером такой химической связи служит валентная связь двух атомов углерода, возникающая при их сближении. Именно эта связь и определяет кристаллическую форму, прочность и другие свойства алмаза.
Общее для всех этих сил, образующих суммарное поле поверхностных сил,— их периодическое, как бы волнообразное, распределение над гранью кристалла, обусловленное периодическим расположением атомов. Под влиянием такого характера поля новые молекулы или атомы, попадая на поверхность грани, стремятся
занять такие положения, которые подчиняются той же периодичности, с которой расположены атомы на грани и под ней,— периодичности, обусловленной действием тех же самых сил.
Иными словами, поверхностные силы стремятся обеспечить продолжение свойственной кристаллу «кирпичной кладки» и за счет нового строительного материала, состоящего из тех же атомов. Впрочем, кирпичная кладка кристалла действием его поверхностных сил может быть навязана и атомам другого рода, но близких размеров (радиусов), способных образовывать кристаллы аналогичного строения и формы (почти изоморфные данному кристаллу). Такое навязывание своей структуры инородному наслоению называется эпитаксией, наслоение из тех же атомов — автоэпитаксией. При определенных условиях за счет эпитаксии может сформироваться метастабильная кристаллическая модификация, т. е. менее устойчивая, чем обычная, в которую она иногда самопроизвольно переходит и которая в отсутствие инородной затравки, как правило, не образуется.
Здесь необходимо различать два случая. В одних случаях эпи-таксия способна образовать инородный кристалл любых размеров (очевидно, на более поздней стадии действует уже автоэпитаксия новообразованной кристаллической формы). Во втором случае эпи-таксия имеет как бы ограниченный радиус действия и способна навязывать заданную структуру только слоям ограниченной толщины. Так, при кристаллизации на каменной соли паров сульфида кадмия метастабильная форма последней наблюдается только при толщине слоя менее 200А. Очевидно, на большем расстоянии от «подложки» сказывается относительно малая устойчивость мета-стабильной модификации. Радиус эпитаксиального действия поверхностных сил также конечен, если между гранью затравочного кристалла и кристаллизующимся веществом имеется инородная аморфная подложка. Согласно работам Р. Брадлея, Д. Ротена, Г. И. Дистлера, эпитаксия способна влиять на расположение атомов кристаллизующегося вещества через прослойки порядка 1000— 1500 А. Механизм такого явления (по выражению Г. И. Дистлера, передачи структурной информации через бесструктурную прослойку) неясен.
В случае жидких прослоек подвижность молекул позволяет предположить, что под влиянием подложки тонкие граничные слои жидкости способны приобретать определенную ориентированную структуру, аналогично тому, как это происходит с жидкими кристаллами. В отличие от последних толщина образующейся граничной фазы варьирует от сотых до десятых долей микрона, т. е. довольно мала. Впрочем, удивляться надо скорее тому, что ориентирующее или эпитаксиальное действие подложки не ограничивается только одним-двумя молекулярными слоями, а простирается на сотни слоев.
