Ιδιότητες µεταλλικών συσσωµατωµάτων σε µεταλλικές επιφάνειες µε προσοµοιώσεις σε Η/Υ

Abstract

Mελετήσαµε τις περιπτώσεις εναπόθεσης ατόµων Cu, Au και Pb στην επιφάνεια Cu(111) µε την µέθοδο της προσοµοίωσης της µοριακής δυναµικής. Για την περιγραφή των αλληλεπιδράσεων των επιµέρους συστηµάτων Cu/Cu(111), Au/Cu(111) και Pb/Cu(111) χρησιµοποιήθηκαν διαθέσιµα από την βιβλιογραφία ηµιεµπειρικά δυναµικά στο πλαίσιο της θεωρίας ισχυρής δέσµευσης (Tight binding theory) στην προσέγγιση της δεύτερης ροπής. Τα πρότυπα αυτά έχουν χρησιµοποιηθεί επιτυχώς στο παρελθόν σε διάφορες περιπτώσεις και βρέθηκε ότι περιγράφουν ικανοποιητικά τις δονητικές και θερµοδυναµικές ιδιότητες του όγκου και των επιφανειών χαµηλών δεικτών Miller (001), (110) και (111). Βρέθηκε ότι στην περίπτωση της εναπόθεσης τυχαίας κατανοµής ατόµων Cu στην επιφάνεια Cu(111), τα προσροφηµένα άτοµα Cu συνενώνονται και σχηµατίζουν µεγάλες νησίδες µε τραχεία περιφέρεια. Αυτή η διαδικασία συµβαίνει σε όλο το εύρος των υπό µελέτη σχετικών ατοµικών καλύψεων από 5% ως 50% και θερµοκρασιών από 400Κ έως 900Κ. Το φαινόµενο είναι πιο έντονο στις χαµηλές συγκεντρώσεις και στις υψηλές θερµοκρασίες. Η διάχυση των ατόµων της νησίδας είναι µια θερµικά διεγειρόµενη διαδικασία που ακολουθεί το νόµο του Arrhenius. Η ενέργεια ενεργοποίησης αυξάνεται µε την αύξηση του µεγέθους της νησίδας τείνοντας στην τιµή των 0.37eV για µέγεθος των 33 ατόµων. Επίσης, η συχνότητα µετανάστευσης των ατόµων της νησίδας είναι ανάλογη του αντίστροφου του τετραγώνου της ακτίνας R-2 της νησίδας. Τα περιφερειακά άτοµα (τα άτοµα του δακτυλιοειδούς επιφανειακού βήµατος) διαχέονται γρήγορα και ανεξάρτητα από το µέγεθος της νησίδας. Η διάχυση των νησίδων λαµβάνει χώρα µέσω της διάχυσης των περιφερειακών ατόµων, τα οποία ενεργοποιούν συλλογικούς µηχανισµούς µετανάστευσης των εσωτερικών ατόµων. Για τις νησίδες µεγέθους µεγαλύτερο των 33 ατόµων ενεργοποιείται ένας επιπλέον µηχανισµός που συνεισφέρει σηµαντικά στη διάχυση και βασίζεται στη δηµιουργία και επαναπορρόφηση ενός ταχέως διαχεοµένου προσροφηµένου ατόµου πάνω από την νησίδα. Η διάχυση των νησίδων Cu µε µέγεθος από 2 έως 5 άτοµα διαφέρει από την διάχυση νησίδων µε µέγεθος µεγαλύτερο από 33 άτοµα. Οι νησίδες αυτού του µεγέθους µεταναστεύουν στην επιφάνεια Cu(111) µέσω συλλογικών κινήσεων όλων των ατόµων και µέσω συλλογικών κινήσεων υποοµάδων ατόµων που µετέχουν σε αυτές. Αυτές οι συλλογικές κινήσεις συνεισφέρουν στην διάχυση µακράς εµβέλειας του κέντρου µάζας τους. Η διάχυση του κέντρου µάζας των νησίδων Cu µεγέθους από 2 έως 5 άτοµα είναι µια θερµικά διεγειρόµενη διαδικασία και η αντίστοιχη συναγόµενη ενέργεια ενεργοποίησης αυξάνεται µε την 84 αύξηση του µεγέθους της νησίδας. Αυτή η αύξηση της ενέργειας ενεργοποίησης είναι µια χαρακτηριστική αυτή ιδιότητα των ευγενών και µεταπτωτικών και µέταλλων που κρυσταλλώνονται στο εδροκεντρωµένο κρυσταλλικό πλέγµα. Μελετώντας τις δονητικές και δοµικές ιδιότητες των προσροφηµένων νησίδων Cu διάφορων µεγεθών στο υπόστρωµα Cu(111). Βρέθηκε ότι οι µικρές νησίδες εφησυχάζουν σε µικρότερη απόσταση από το πρώτο επιφανειακό επίπεδο του υποστρώµατος κατά την διεύθυνση κάθετα στην επιφάνεια έως και -10% για το διµερές. Η συστολή γίνεται λιγότερο σηµαντική καθώς το µέγεθος της νησίδας αυξάνεται τείνοντας στην τιµή –4% για νησίδες µε µέγεθος µεγαλύτερο του χαρακτηριστικού µεγέθους Nc=33 άτοµα. Επίσης από την υπολογισµένη µέση τετραγωνική απόκλιση των ατόµων των νησίδων κατά την διεύθυνση κάθετα στην επιφάνεια βρήκαµε ότι αυτή δεν εξαρτάται από το µέγεθος της νησίδας.