Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Теоретич. рассмотрение Р. п. основано на кванпъ-во-хим. расчётах. На свободной поверхности гомео» пол ирных кристаллов при сколе образуются оборвав^ ные ненасыщенные ковалентные связи. Установлен» новой равновесной конфигурации поверхностных атомов происходит путём таких их перемещений, к-ры*. приводят к замыканию оборванных связей и т. о. к понижению энергии системы. При вычислениях полной энергии кристалла размеры поверхностной элементарной ячейки берутся из эксперимента, а характер замы-' кания связей выбирается модельным способом. На рис.'
2 рядом с идеальной нереконструированной поверх-
Рис. 2. Поверхностные елементарные ячейки для 3 моделей замыкания оборванных связей на поверхности (100) Si: а — переконструированная поверхность; каждый атом верхнего слоя (большие кружки) связан 2 гибридизированными связяиі с атомами 2-го слоя (маленькие кружки) и имеет две оборванные свободные связи; елементарная ячейка показана пунктиром;
б — модель двойных связей (удвоение поверхностной элементарной ячейки по оси ох); в — модель с поверхностными вакансиями; на поверхности отсутствуют ряды атомов, оставшиеся образуют сдвоенные связи с атомами 2-го слоя; элементарная ячейка удвоена по Qy, г — модель цепочек; каждый поверхностный атом имеет 2 одиночные связи с соседями в цепочке, ещё одну связь с атомами 2-го слоя, а оставшаяся 4-я связь даёт вклад в молекулярную орбиталь, охватывающую всю цепочку.
иостью (100) приведены 3 модели разл. замыкания оборванных связей. Сравнение с экспериментом ие позволяет отдать предпочтение к.-л. из этих моделей, т. к. расположение дифракц. рефлексов отражает только траи-сляц. симметрию поверхности. Информация о взаимном расположении атомов в элементарной ячейке содержится в распределеини интенсивности в дифракц. рефлексах. Анализ этого распределения является сложной матем. задачей.
Эксперимент показывает, что симметрия поверхности меняется прн изменении темп-ры [3], т. е. на поверхности происходят структурные фазовые превращения. Если такое превращение идёт по типу фазового
1
нерехода 2-го рода, то можно исследовать устойчивость идеальной поверхности относительно разл. смещений поверхностных атомов из положений равновесия. Любое смещение поверхностного атома можно представить в виде суперпозиции смещений, соответствующих нормальным колебаниям (см. Колебания кристаллической решётки). Смещение ? поверхностного атома нз положения равновесия I0 характеризуется волновым вектором фц, параллельным поверхности. Если смещение поверхностного атома приводит к увеличению потенц. ввергни U (кривая I7 рис. 3), то исходному состоянию
Pm. 8. Зависимость потенцияль-ЯЬЙ энергии V от величины смещения поверхностного атома кривая (]) соответствует устойчивому равновесию; кривая (2) ¦зображена с учётом ангармо-ниэма колебаний и соответствует реконструированной поверхности; ?« — новые положения равновесия.
поверхности соответствует минимум U и поверхность устойчива. Если смещение поверхностных атомов приводит к уменьшению потеиц. энергии (кривая 2 вблизи начала координат), то исходное состояние соответствует максимуму потеиц. энергии. Поверхность при этом неустойчива, происходит Р. д. Новые положения равновесия ?о определяются ангармоиизмом колебаний.
С учётом аигармоиич. членов (/(%) имеет вид полной кривой 3.
Условие максимума или минимума потеиц. энергии определяется знаком производной PUldgi к-рая про-порц. квадрату частоты поверхностного колебания
(Hi(Qe). Значение q*, для и-рого со(д*) — О (мягкая мода), соответствует колебанию, по отношению н к-рому поверхность неустойчива. Именно q* определяет пространственный период новой устойчивой поверхностной конфигурации атомов, соответствующей реконструированной поверхности.
На рис. 4. приведены 2 примера Р. п. (100) кубич.
кристалла. Еслн мягкая мода возникает в точке X
зоиы Бриллюэна (см. Бриллюэна зона) с координатами (<jr^ = п/а, Я у—
— 0), то на поверхности устанавливается «волна» статич. смещений с периодом k = Inlqx = 2а, где с — период переконструированной поверхности. Возникают чередующиеся ряды поднявшихся вверх и опустившихся вниз атомов. Происходит удвоен ие периода решётки вдоль оси і. Если мягкая мода возникает в точке M зоны Бриллюэна с координатами
(9I* = = nla^
то на поверхности устанавливается волна статических смещений в направлении, состав-1 ляющем угол 45р с осями Qx и Oy и с периодом
Х*=2п
f—-о—*
I I
I I
4—о—
• о •
• о •
Рис. 4. Примеры реконструкции поверхности (100) кубического кристалла: а — реконструкция м счёт мягкой моды в точке X воны Бриллюэна; новая элементарная ячейка показана пунктиром; б — реконструкция за счёт мягкой моды в точке Af аоны Бриллюэна; новая элементарная ячейка показана пунктиром.
“¦«СМСГГ4-"-
Такую структуру обозначают (2 х 2) 1R 45° или С(2 X
X 2).
Возможные перестройки поверхности, происходящие по типу фазового перехода 2-го рода, можно найти те-оретиио-групповыми методами. Р. п. охватывает иеск. приповерхностных кристаллич. плоскостей, составляю' щих приповерхностный слой [4].
