1.2 Некоторые способы изучения поверхности твёрдых тел

Известно, что свойства поверхности тел различных веществ отличаются от свойств внутренних слоев, будь то жидкость или твердое тело. В твердом теле, в частности, фононный спектр атомов поверхностного слоя атомов будет значительно отличаться от спектра слоев объёмного материала. Для непосредственного изучения поверхности монокристалла необходимо высокоинтенсивное излучение, которое может быть получено на синхротроне. В работе [39] излучение синхротронного источника было использовано для изучения фононных спектров поверхностных атомных слоёв монокристалла железа, вырезанного в направлении (110). Схема эксперимента приведена на рисунке 1.

Рисунок 1– Схема эксперимента для изучения поверхности с использованиемсинхротронного источника излучения [39]

Авторами работы [39] были определены плотности фононных состояний на поверхности (S), в приповерхностном слое (S-1) и в объеме (D) для Fe(110) (Рисунок 2). Графическое пояснение обозначений S, S-1 и D приведены на рисунке 3. Для внутренних слоев (случайD) наблюдается узкий безфононный пик в районе 35 мэВ, который, очевидно, соответствует атомам, находящимся в основном состоянии фононного спектра. При приближении к поверхности, случай S-1, наблюдается сдвиг этого пика без заметного, в пределах погрешности эксперимента, изменения амплитуды. Такой подход для поверхностного слоя атомов, в случаеS, позволяет обнаружить совершенно иную картину. Для атомов, находящихся в первом слое на поверхности, отсутствует сколько-нибудь значимая заселенность основного состояния фононного спектра.

Вторым возможным методом изучения поверхности твердых тел является низкотемпературная мёссбауэровская спектроскопия конверсионных электронов. В случае материала, имеющего один или несколько атомных слоев вещества, содержащего резонансные изотопы, на поверхности инертной матрицы, можно получить интересные результаты.

Такой метод был реализован в работе [40]. Были изучены моно- и мультиатомные слои железа созданные на поверхности золота (рисунок 4). Последующее изучение этого образца методом низкотемпературной конверсионной мёссбауэровской спектроскопии позволило определить параметры сверхтонкого взаимодействия атомных слоёв поверхности.

Рисунок 2 – Плотность фононных состояний на поверхности (S), в приповерхностном слое (S-1) и в объеме (D) для Fe(110)[39]

Рисунок 3– Пояснение обозначений S, S-1 и D [39]

Авторами были изучены три образца содержащие три (3 AL), два (2 AL) и один (1 AL) атомные слои (Рисунок 4).

Из рисунка 5 видно, что спектры всех трех атомных слоев существенно отличаются от спектра объемного α-железа. в случаях 2 AL и 3 AL наблюдаются две компоненты магниторасщепленной структуры (Cи I) (таблица 1). В случае же монослоя (1 AL) появляются новые компоненты A и M, последняя из которых обладает большим квадрупольным расщеплением.

Рисунок 4 – Схематичное изображение мультиатомных слоёв железа на золоте [40]

Таблица 1 - Сверхтонкие магнитные поля монослоя, двойного и тройного слоя пленки Fe(001), заключенной между Au(001) [40]

Рисунок 5– Спектры конверсионных электронов 1, 2 и 3 монослоев железа на золоте полученные при 80 К [40]

Приведённые в данной главе результаты очень важны для понимания процессов, происходящих на поверхности твёрдых тел и будут использоваться в дальнейшем, для объяснения полученных оригинальных результатов.