Click here to load reader

Struktura povrchů

  • View
    26

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Význam studia povrchů. Struktura povrchů. Cíle strukturních studií – identifikace atomů a jejich vzájemných poloh délky a charakter vazeb. http://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/ http://www.uksaf.org. Modifikace uspořádání. Povrchová relaxace. d 1-2 < d bulk. Možno i. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Struktura povrchů

  • Struktura povrchVznam studia povrchCle strukturnch studi identifikace atom a jejich vzjemnch poloh dlky a charakter vazebModifikace uspodnPovrchov relaxacehttp://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/http://www.uksaf.orgd1-2 < dbulk Mono i D2-3 < dbulk

  • Povrchov rekonstrukceMinimalizace povrchov energieVazbySi(100)-(1x1) Si(100)-(2x1)

  • AdsorpceFyzikln pouze slabou van der Waalsovou vazbou bez vrazn redistribuce elektronov hustotyChemick silnj vazby, redistribuce elektronov hustotychemisorpce1D model> 0,3 nmEnergie adsorpce a desorpceMolekulrn chemisorpce

  • Disociativn chemisorpceH2 H + HD(H-H) ] 435 kJ mol-1 , 4.5 eV. Pechod molekuly do chemisorpcePechod molekuly do stavu fyzisorpcea pot chemisorpce i desorpce

  • Geometrie adsorpceCOH2Obvykle vazby H-H peruenyHalogenyPolohy s vysokou koordinacOdpudiv interakce mezi adsorbovanmi atomyO2 N2 Polohy s vysokou koordinacSiln interakce asto vyvolvaj rekonstrukci substrtuO2 silnj tendence k disociaci

    Terminal ("Linear") (all surfaces)Bridging ( 2f site ) (all surfaces)Bridging / 3f hollow ( fcc(111) )Bridging / 4f hollow (rare - fcc(100) ?)

  • Reln povrchOkoln prosted, adsorpce atomDoba ivota istho povrchuGas exposureMra mnostv plynu, kter psob na povrch

    SI - Pascal ( 1 Pa = 1 Nm-2 ) Atmosfrick tlak ( 1 atm.) - 101325 Pa, 1013 mbar ( 1 bar = 105 Pa ). 1 torr = 1 mmHg. 1 atm ~ 760 Torr ( i.e. 1 torr = 133.3 Pa ). (expozice/L) = 106 x (tlak/torr) x (as/s) L Langmuir ~ 10-6 torrSticking coefficient qst dopadajcch molekul, kter se adsorbuj na povrchu (0 1) Poet adsorbovanch stic na jednotku plochy (nap. molekuly/cm-2) Zlomek maximlnho monho pokryt povrchu Poet adsorbovanch stic na jednotku plochy povrchu/Poet povrchovch atom substrtu na jednotkovou plochu

  • Doba ivota istho povrchuDva dvody pro ist povrch

    Degree of VacuumPressure (Torr)Gas Density (molecules m-3 )Mean Free Path (m)Time / ML (s)Atmospheric7602 x 10257 x 10-810-9Low13 x 10225 x 10-510-6Medium10-33 x 10195 x 10-210-3High10-63 x 1016501UltraHigh10-103 x 10125 x 105104

    Collision Free Conditions => P < 10-4 TorrMaintenance of a Clean Surface=> P < 10-9 Torr

  • Metody ppravy povrchTepeln desorpceTdes ~ 1000 K prchod el. proudu radiace bombardovn zezaduDesorpce v silnm elektrickm poliDesorpce el. bombardovnm (excitace, slab vazby)

    Iontov bombardovnAr, Xe, univerzln, nevhoda poruen povrchu postupn odpraovnitn laserovm paprskemTepeln desorpce, lokln ohevtpn, lmn ve vakuumonokrystalyVyuit povrchovch reakcH2, O2

  • Popis struktury povrchMaticov znaenpovrchsubstrtWoodovo znaen( |b1|/|a1| x |b2|/|a2| )

    (2 x 2)

  • c(2x2) ( 2 x 2)R45 ( 3 x 3)R30(110) - c(2x2)( 3 x 3)R30 (111) -M(hkl) p/c (m x n) Ra Esubstrtorientace substrtucentrovnbukyrotace povrchov bukyadsorbtNi(001)-p(2 x 2)C

  • q = (4 x + 1) / (4 x + 4 x + 1) = 2/4 (2 x 2)(1 x 3)0,33(2 x 2)

  • (2 x 1)0,5(2 x 2)

  • Jednoduch povrchov strukturyf.c.c. (100)Koordinan slo4 soused v 1. vrstv, 4 v dalAtomy v dal vrstv jsou nedostupn pro adsorbtyVechny povrchov atomy jsou ekvivalentnPovrch je relativn hladkRzn polohy pro adsorbty: on-top, bridge, hollow

    f.c.c. (110)

    Koordinan slo2 soused v 1. vrstv, 4 ve druh, 1 ve tet vrstvVechny povrchov atomy jsou ekvivalentn, aleatomy druh vrstvy jsou dostupn pro adsorbtyPovrch je relativn drsn a anizotropnRzn polohy pro adsorbty: on-top, bridge (krtk, dlouh, hollow f.c.c. (111)

    Koordinan slo6 soused v 1. vrstv, 3 ve druh, Vechny povrchov atomy jsou ekvivalentn a s vysokou koordinacPovrch je relativn hladkRzn polohy pro adsorbty: on-top, bridge, hollow

  • Jednoduch povrchov strukturyb.c.c. (100)Koordinan slo4 soused ve 2. vrstvAtomy v dal vrstv jsou prakticky nedostupn pro adsorbty

    b.c.c. (110)

    Koordinan slo4 soused v 1. vrstv, 2 ve druh,

    b.c.c. (111)

    Oteven povrch

  • Jednoduch povrchov strukturyh.c.p. (0001)

    Vechny povrchov atomy jsou ekvivalentn, koordinan slo 9Povrch je relativn hladkRzn polohy pro adsorbty: on-top, bridge, hollow

    NaCl(100) http://w3.rz-berlin.mpg.de/~hermann/hermann/SSDpictures.htmlhttp://w3.rz-berlin.mpg.de/~rammer/surfexp_prod/SXinput.htmlSurface explorerNIST Surface Structure Database (SSD)

  • bcc(310)-(1x1) Fe(110)+(3x1)-2H fcc(111)+(3x3)-C6H6+2CO hcp(0001)+(1x1)-Ad Ru(0001)+(r3xr3)R30-CO

  • Si(111)-(7x7)Si(100)+(2x1)-Na TiO2(100)-(3x1) TiC(111)+(r3xr3)R30-O

  • Schody a fazety

    fcc(775)

    fcc(10.8.7) Termodynamicky stabiln povrchCelkov povrchov voln energieZvislost na krystalografick orientaciM(S) (m(hkl) x n(hkl)) substrtstepterasaschod(544) (S)-[9(111) x (100)] a = 6.2(755) (S)-[6(111) x (100)] a = 9.5

  • Metody studia struktury povrchDifrakn

    Rozptylov

    Spektroskopick

    MikroskopickXRD, LEED, RHEED, difrakce atomRozptyl rtg, atom, iontFEM, FIM, STM, AFM, ...

  • LEED Low Energy Electron DiffractionE ~ 30 500 eV1924: nhodn objev Davisson a Kunsman bhem studia emise elektron z Ni1927: Davisson and Germer nalezli difrakn maxima:nl = D sinf 1934: Fluorescenn stntko (Ehrenburg)1960: UHV technologieZdroj elektron, drk vzorku, registrace ve v UHVMky 1. Pm drha elektron 2, 3 Filtrace energi (zporn potencil vi vzorku) 4 Stnn pole kolektoru

    Detekce - W pokryt Ni, 80% prchodnost

  • SampleGrid 1: retarding voltage (selects only elastic electrons)Grid 2: accelerating voltage (creates fluorescence on screen)Fluorescent Screen

  • l = h / p p = m.v = (2mEk )1/2 = (2m.e.V)1/2

    => l = h / ( 2m.e.V )1/2

    m hmotnost elektronu [ kg ] v rychlost elektronu [ m s-1 ] Ek - kinetick energiee el. nbojV urychlovac napt

  • X-ray DiffractionkikfDAngle fkikfaqddElectronDiffraction

  • p(2 x 2)c(2 x 2)b1 | = | b2 | = 2 u | b1*| = | b2*| = 1/ 2 u. rotace 45.

    b1* mus bt kolm k b2 b2* mus bt kolm k b1 b1* je rovnobn s b1 b2* je rovnobn s b2 hel b1b1* je nulov hel b2 b2* je nulov | b1*| = 1 / | b1 | | b2*| = 1 / | b2 | | b1 | = 2| a1 | = 2 u; | b1*| = u. | b2 | = 2| a2 | = 2 u; | b2*| = u.

  • LEED: Si(111)7x735 eV65 eVLarger D spacings give closer LEED spots (smaller f).Higher energy electrons give closer spots.Bulk 1x spacingSurface 7x spacingReal Space: Si surface atoms7 bulk spacing

  • Ewaldova konstrukce pro LEEDvzorekDifraktovansvazkyEwaldova koule

    Tye reciprokho prostoruDopadajc svazek

  • . Si(111) GaAs(110) Sr2CuO2Cl2

  • SampleElectron GunfRLEED spotxD spacing

  • Teorie LEEDCoulombovsk interakcee- x potencil atomuVysok energie Bornova apoximaceLEED komplexnj interakceKvantov-mechanick rozptyl Hartree-Fock selfkonzistentn, potencil muffin-tin, relativistick korekce rozptylov amplituda, t-matice, sada fzovch posuv, celkov inn prezVpoty mnohonsobnho rozptylu, dynamick teorieinn prez interakce ~ 3x vt ne rtgAnalza I vs. E kivek pro rzn Braggovy svazkyTeorie x Experiment - balky program

  • 3D krystalografie povrch

  • Kritria shodySpeciln R-faktory

  • Fe (310)Au (110) (1 x 2)

  • TerasyDifrakn funkce jedn terasys 5 atomyDifrakn funkce 6 terasCelkov difrakn funkce

  • RHEEDReflection High Energy Electron Diffraction Mal hel dopadu 1-3E ~ 1 10 keVHloubka prniku 30 100 Studium rstu tenkch vrstevVelk Ewaldova kouleObjemov - difrakce na prchod, stopyVrstva po vrstv - kroukyNi(110) O2Chemisorpce pruhy, oxidace - jdra

  • DiffraktovansvazkyvzorekTye reciprokho prostoruEwaldova kouleStopy RHEED

  • RHEED: Si(111)7x7

  • RHEED: AlNSurface periodicity given by spacing between peaks.Surface quality given by full-width at half-max of peaks.IntensityRHEED image of AlNFWHM

  • Rozptyl atomHAS helium atom scatteringAtomov svazek He, Ne - 20 300 meV, 0,5 - 1 1929 Stern, He LiF (100)Rozvoj od r. 1970Tendulkar, StickneyPitaliv van der Waalsovy sly Odpudiv sly, pekryv el. obalAtom Surface PotentialVattr ~ z-3Vrep = k r(r), k 170 520 eVModulace povrchov struktura povrchov vazbyCorrugation function

  • Corrugated Hard Wall modelV(z) = 0, z > (x,y) V(z) = inf, z > (x,y)Zanedbn pitaliv slokyDaleko od povrchuRayleighova hypotza, plat i na povrchuMen intenzity = Komplexn rozptylov amplitudaSoustava rovnic pro AGIteran proceduryPovrchov nejcitlivj metodaSiln rozptyl na atomech s malm atomovm slemRozdlen nbojov hustoty

  • Chemisorpce HPovrchy izolant

    Rekonstrukce povrchNesoumiteln vrstvyDoplkov metoda k LEEDNecitlivost k mezivrstevnm vzdlenostemVibran charakteristiky

  • Ni(100) - H

  • EXAFSExtended X-Ray Absorption Fine Structure

  • Men absorpnho koeficientuv zvislosti na energii dopadajcho zenAmplituda zptnho rozptyluod sousednho atomuvlnov vektor fotoelektronus vazebnou energi E0 a stedn volnou drhou l(k)

  • SEXAFS Surface Extended X-Ray Absorption Fine Structure NEXAFS Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure (XANES)Detekce fotoelektron, Augerovch elektronChemick selektivita!!!NEXAFS 50 eV od hrany, komplikovan mnohonsobn rozptyl, vliv detailnho rozdlen el. hustoty Studium molekul (dominuj intramolekulrn procesy)

  • Rh, K hranaRh, K hrana Fourierova transformaceNj efektivn koordinan slo atomu ve vzdlenosti RjDW faktorNeelastick procesyCelkov fzov posuvSumace pes vechny sousedn slupkyLokln okol vybranho atomu

  • Dv dominantn rezonance pechod do vzanho stavu, do przdnho stavu

  • Konen stav modifikovn okolm atomue ve smru vektoru elektrickho polediplov vbrov pravidladefinovan symetrieMen v zvislosti na orientaci vektoru elekt

Search related