文档介绍：第一章表面与界面的原子结构
第一节清洁表面
•在实际条件下,材料表面受到各方面因素影响,从而
使表面在结构上、组成上发生改变。
•为了研究材料的本征表面特性,清洁表面才能用来进
行研究。
•清洁表面是相经过特殊处理特殊处理(即保证组成上的确定性)
后,保持在超高真空下的表面超高真空(即保证表面不随时间而
改变)。
•一般清洁表面是指经离子轰击加退火离子轰击加退火
热处理后的热处理单晶表面。单晶表面
•由于原子在体内部和在表面受到力不
同,则引起表面原子的排列与表面内部有内部
较为明显的差别。明显的差别
•这种差异经过4~6层之后,原子的排
列与体内已相当接近,这个距离也可距离
以看作是实际清洁表面的范围。范围
描述清洁表面原子排列结构的符号
•表面原子的排列方式虽然与体内有差别, 但表面原子
仍作对称和周期性的排列,常看成是二维格子。
•结晶学上的概念和规则,二维格子中都适用。但由
于维数减少,相应的复杂性也减少,即点群(32→4)、
空间群数(230 →16)和布拉伐格子(14 →5)。
伍德标记法
•当体内原子的排列,即衬底晶面晶格平移对称性可表示为
T=n1a1+n2a2
•表面晶格平移对称性为 Ts=n1'as1+n2'as2
•表面原子的排列是由原子内部排列转化而来,因此表面原子
的排列与内部有一定关联。
•一般来说a1,a2与as1, as2之间有一定的关系 as1 =pa1 as2 =qa2
•如果as1和as2间的夹角同a1和a2的夹角一样,表面原子的排
列形式转过一个角度α,则伍德简式符号的表示为α
a a
R ( hkl ) s1 × s2 ⋅α− D
a1 a 2
•伍德简式符号的表示为:
Ni(001) 2 × 2 − 45° − S
清洁表面的原子排列
•由于表面排列突然发生中断,表面原子受力(化学键)情况发
生变化,总效应是增大体系的自由能。
•为了降低体系能量(减小表面能),表面附近原子的排列必须
进行调整。
•调整的方式有两种:
(1)自行调整, 表面处原子排列与内部有明显不同;
(2)靠外来因素, 如吸附杂质, 生成新相等。
几种调整的方式后形式清洁表面结构示意图
(1) 弛豫
•表面区原子(或离子)间的距离偏离体内的晶格常数,而晶胞
结构基本不变, 这种情况称弛豫。
•离子晶体的表面容易发生弛豫,主要作用力是库仑静电力,
这是一种长程作用。
•弛豫产生原子位置偏移,主要在垂直表面方向。因此,一
般认为弛豫后表面原子排列的平移对称性不变,只是微观对
称性发生了变化。
•表面弛豫后常会存在电矩(电偶极子)。
(2) 重构
•当表面原子排列作了较大幅度的调整,与衬底晶面原子的
平移对称性有明显不同,这种表面结构称重构。
•重构有两类情况:(a)表面晶面与体内完全不一样,称超晶
格或超结构。(b)表面原胞的尺寸大于体内,即晶格常数增大。
超结构示意图金(110)表面(1 ×2)重构的高分辨电子显微像
清洁表面的缺陷
从热力学上来分析,清洁表面必然存在有各种类型的表面缺陷。
(1) TLK表面模型
由LEED等表面分析结果证实,许多单晶体的表面实际上不是
原子级的平坦, 而是如图所示的情形。
台级台级上的扭折
L-台级,T-平台,K-台级处的扭折,
Suv-表面空位,SLv-台级处空位,SuA-表
面自吸附原子,SLA-台级处自吸附原子