Введение к работе
Актуальность темы.
Изучение поверхности твердого тела имеет огромное значение как для фундаментальной науки, так и для практических приложений. Проблему исследования поверхности ставят такие активно развивающиеся отрасли науки и техники как микроэлектроника, оптоэлектроника, вакуумная техника и многие другие. Поэтому развитию методов анализа поверхности уделяется такое большое внимание.
Разработано большое число методов анализа поверхности, основанных на использовании процессов, происходящих при взаимодействии атомной частицы с поверхностью твердого тела. Это такие методы, как спектроскопия рассеяния ионов низкой энергий, вторичная ионная масс - спектрометрия, ионно - нейтрализационная спектроскопия и другие. Для практического использования этих методов необходимо теоретическое понимание процессов электронного обмена атомной частицы с поверхностью твердого тела. Необходимо, в частности иметь возможность теоретически предсказывать вероятность регистрации частицы в определенном зарядовом состоянии. Однако, до сих пор не создано детально разработанной теории, описывающей процессы электронного обмена. Например, существующие теории формирования зарядового состояния распыленной в процессе ионной бомбардировки частицы могут дать только качественное описание экспериментальных данных; практически отсутствует теория, позволяющая теоретически объяснить процессы, происходящие при взаимодействии атомной частицы с поверхностью, покрытой адсорбатами или имеющей дефекты.
Цель работы.
Целью работы являлось теоретическое рассмотрение процесса перезарядки при взаимодействии атомной частицы с поверхностью металла, количественная интерпретация некоторых экспериментов,
дальнейшее развитие методов расчета параметров электронных уровней атомной частицы у поверхности металла.
Научная новизна.
В работе впервые получены следующие результаты:
Проанализированы различные механизмы преобразования синглетного метастабильного состояния атомов гелия в триплетное при медленном столкновении с поверхностью металла. Сделано сравнение их эффективности для поверхностей с различной работой выхода.
Обнаружено и проинтерпретировано перемешивание квазистационарных электронных уровней 2s и 2р метастабильного атома гелия в синглетном состоянии при его взаимодействии с поверхностью металла.
Проанализировано влияние слоя щелочных адсорбатов на процесс электронного обмена между поверхностью и атомной частицей. В рассмотрение включены как локальный, так и нелокальный эффекты взаимодействия. Впервые были проведены расчеты, позволившие оценить влияние адсорбатов на электронный обмен атомной частицы с поверхностью при различной степени ее покрытия адсорбатами.
Разработан метод расчета положения и ширины электронного уровня атомной частицы при взаимодействии с поверхностью твердых тел. Метод пригоден для расчетов в системах, включающих переходные металлы, полупроводники.
Научная и практическая ценность.
В работе проведено исследование процесса электронного обмена атомной частицы с поверхностью металла в процессе столкновения. Решение этих задач является важным как с практической, так и с теоретической точкек зрения.
В работе впервые проанализирована эффективность различных механизмов преобразования синглетного состояния метастабильного атома гелия в триплетное при его столкновении с поверхностью металла.
Это дает возможность более точной интерпретации данных, получаемых при анализе плотности электронных состояний поверхности методом девозбуждения метастабильных атомов.
Были проведены расчеты влияния слоя адсорбатов на процесс электронного обмена между атомной частицей и поверхностью металла. Впервые в расчетах учитывались как локальный, так и нелокальный эффекты в зависимости от степени покрытия поверхности адсорбатам. Расчеты были сделаны для разной плотности адсорбированных частиц.
Был разработан метод расчета положения и ширины электронного уровня атомной частицы при взаимодействии с поверхностями переходных металлов и полупроводников.
Защищаемые положения.
Процесс преобразования синглетного состояния метастабильного атома гелия в триплетное при столкновении с поверхностью металла может быть описай в приближении квазиклассического кинетического уравнения. Эффективность преобразования по различным каналам определяется значением работы выхода металла. При малых работах выхода металла преобладающим является механизм с формированием промежуточного отрицательного иона и Оже- механизм, при больших -механизм с формированием промежуточного положительного иона.
Присутствие состояний непрерывного спектра зоны проводимости металла вызывает взаимодействие между электронными состояниями атомной частицы у поверхности металла. Это взаимодействие приводит к формированию гибридов с существенно разной шириной. Зависимость ширины относительно устойчивого гибрида от расстояния до поверхности не является экспоненциальной, а сдвиг энергии не пропорционален обратному расстоянию до поверхности.
Влияние покрытия поверхности металла щелочными адсорбатами на процесс электронного обмена между поверхностью металла и атомной частицей связано с одновременным воздействием двух механизмов -локальный эффект (изменение энергии и ширины электронного
состояния атомной частицы под влиянием ближайшего атома адсорбата) и нелокальный эффект (изменение работы выхода металла из-за присутствия слоя адсорбатов на поверхности). Увеличение плотности адсорбата на поверхности, приводящее к усилению нелокального эффекта, приводит к ослаблению локального эффекта.
Метод расчета положения и ширины уровня атомной частицы у поверхности переходных металлов, полупроводников и диэлектриков на основе разложения волновой функции искомого квазистационарного состояния по базису, состоящему из локализованных волновых функций атомной частицы и делокализованных состояний зоны проводимости твердого тела.
Апробация работы.
Результаты исследований, которые вошли в диссертацию, докладывались на следующих конференциях: X международная конференция по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, Сентябрь 1991), Tenth International Workshop on Inelastic Ion - Surface collisions (Aha, USA, Aug. 1994), Gordon Research Conference (Plymouth, USA, Aug. 1994), V European Conference on Atomic and Molecular Physics (Edinburgh, England, 1995), XV European Conference on Surface Science (Lille, France, Sept. 1995), XII международная конференция по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, Сентябрь 1995)
