Реферат: Заїка С. О., Лобурець А. Т., Величко Ю. В

УДК 517.957

Вивчення процесів на поверхнях кристалів


Заїка С.О., Лобурець А.Т., Величко Ю.В.

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка, Україна, Полтава


В ультратонких адсорбованих плівках дифузія є одним з найбільш важливих процесів, що реалізуються через динаміку адчастинок. Динамічні процеси, що включають транспортування адатомів чи молекул на твердих поверхнях лежать в основі багатьох сучасних технологій. Дифузія відіграє суттєву роль в хімічних реакціях на поверхнях, де вона може виявитися тим лімітуючим фактором, який визначає швидкість реакції, наприклад, в гетерогеннім каталізі. Особливо поверхнева дифузія стала привертати велику увагу дослідників у зв’язку з розвитком сучасних нанотехнологій і на­галь­ною необхідністю по-справжньому зрозуміти суть тих фізико-хімічних про­це­сів, у яких поверхнева дифузія відіграє вирішальну роль при фор­му­ван­ні відповідних структур [1]. В області молекулярного констру­ювання струк­тур практично відсутні напрацьовані «класичні» методики синтезу систем, що мають наперед задані властивості. Більшість методів перед­ба­ча­ють ви­пад­ковий або планомірний перебір варіантів молекулярної структури з по­даль­шим математичним моделюванням властивостей і аналізом їх за критерієм близькості до бажаної функціональності. Розрахунок структури теоретично можна здійснити, знайшовши рішення рівняння Шредінгера, що описує функцію стану електрона (хвильову функцію) в полі ядра. Для складних атом­них структур використовуються наближені методи. Вони дають мож­ливість вивчати динаміку процесів. Р. Фейнман і Г. Гельман сфор­му­лю­ва­ли важливу теорему про співвідношення сил в молекулі, що дозволило обчис­лю­вати і будувати у формі графіків картину просторового роз­поділу сил міжатомної чи міжмолекулярної взаємодії та знаходити області стійкості молекулярних структур. У молекулі існують такі області, в яких діють сили, що зв’язують ядра та області, в яких сили прагнуть «роз­су­нути» атоми (зв’язуючі і антизв’язуючі). Знаючи сили, легко знайти поверхні потенційної енергії і навпаки. Такий підхід лежить в основі сучасних теорій хімічного зв’язку та молекулярної динаміки. Поверхня є функцією по­тен­цій­ної енергії молекулярної системи від набору незалежних геометричних ко­ординат, у якості яких виступають координати всіх ядер атомів. Поверхні по­тенційної енергії можуть бути побудовані експери­мен­таль­но шляхом об’єд­нання ре­зуль­­татів ряду фізичних вимірювань власти­востей речовини. Це дає мож­ливість теоретично з’ясовувати умови і пара­мет­ри впливів, необхідних для отримання бажаної структури з великого числа можливих, але нерівно­цін­них в енергетичному сенсі. Так можна розв’язувати актуальні задачі по­шу­ку зов­ніш­ніх керуючих впливів, що гарантовано приводять молекулярну сис­те­му в ту точку фазового простору, яка відповідає заданій просторовій струк­турі, і задача одержання заданих структур зводиться до класичної задачі керування.

Застосувавши комп’ютерне моделювання поверхневої дифузії адсор­бованих на атомно анізотропних гранях (112) о.ц.к. кристалів атомів, у яких є сильний внесок іонної складової у хімічному зв’язку з поверхнею [2], ми змогли дослідити не тільки дифузійні характеристики адатомів у вибраних адсорбційних системах, а і взаємозв’язок між фазовим станом адсорбованих плівок та рухливістю адатомів. Ми зосередились на вивченні рухливості і колективної дифузії [3] сильно взаємодіючих адчастинок на поверхнях, утворених щільно упакованими ланцюжками атомів підкладки, розділених борозенками атомної глибини методом молекулярної динаміки. Розглянуто адсорбційні системи, які за певних термодинамічних умов здатні утворювати довгоперіодні ланцюжкові структури адатомів, орієнтовані перпендикулярно борозенкам підкладки [4]. Такі структури утворюються завдяки сильному латеральному притяганню між сусідніми адатомами у ланцюжку та диполь-дипольному відштовхуванню між ланцюжками на фоні повільно затухаючих в напрямку борозенок підкладки Фріделівських осциляцій. Це дозволило дослідити процеси формування ланцюжкових структур та їхню термічну стабільність, вияснити роль колективних механізмів дифузії в температурному діапазоні, в якому відбувається руйнування довгоперіодних структур при здійсненні фазового переходу другого роду.

Література

1. Ariga K. Challenges and breakthrough in recent research on self-assembly / K. Ariga, J.P. Hill, M.V. Lee, A. Vinu, R. Charvet, S. Acharya // Sci. Technol. Adv. Mater. – 2008; 9:014109.

2. Lyuksyutov I. Two-Dimensional Crystals / I. Lyuksyutov, A. G. Naumovets, V. Pokrovsky // Boston: Academic Press, 1992. – 220 p.

3. Loburets A. T., Senenko N. B., Vedula Yu. S., Naumovets A. G. Surface diffusion in lithium submonolayer films on the (112) surface of tungsten // Ukr. J. Phys. – 2005. – Vol. 50, № 8. – P. 805-815.

4. Medvedev V. K., Naumovets A. G. and Smereka T. P. Lithium adsorption on the (112) face of tungsten // Surf. Sci. – 1973. – Vol. 34. – P. 368 – 384.