Введение к работе
Актуальность проблемы. Решетки на поверхности кристалла, образуемые как адсорбированными атомами, так и атомами самого кристалла, играют важную роль в явлениях, происходящих на поверхности твердого тела. Вследствие двумерности и наличия кристалла-подложки свойства таких кристаллов заметно отличаются от свойств трехмерных кристаллов. Это определяет общефизический интерес к двумерным кристаллам. Тесная связь практически важных ивлений (диффузия, каталитическая активность, электронная и ионная эмиссия) со структурой и фазовым состоянием поверхности также стимулирует развитие работ по двумерным кристаллам.
Исследования двумерных кристаллов были начаты еще в двадца-тые-тридцатые годы работами Ленгмюра, Дэвисоиа и Джермера,Ландау, Пайерлса. Следующий период роста интереса к двумерным системам и к двумерным кристаллам, в частности, приходится на конец шестидесятых - начало семидесятых годов. После десятилетия исследований, с одной стороны, был накоплен обширный экспериментальный материал по структурам на поверхности твердого тела, с другой - были сформулированы теоретические представления о характере фазовых состояний и фазовых переходах в двумерных системах.
В отношении двумерных кристаллов были предсказаны квазидаль-гай порядок и солитонная сверхструктура в несоизмеримых двумерных кристаллаг.Интерес теории первоначально сосредоточился на физад-сорбированных пленках простых газов на графите, образующих главным образом изотропные гексагональные решетки. Несравненно более иногочисленен класс двумерных кристаллов в хемосор^ ірованннх сис-гемах.Такие двумерные решетки,как правило,резко анизотропны. Значительную часть таких структур можно объединить в класс т.н. одноосных двумерных кристаллов.Такой термин принят для обозначения анизотропных структур типа решеток, состоящих из цепочек адатомов с большим расстоянием между цепочками (рис.1), сверхрешеток полигонов в несоизмеримых кристаллах вблизи точки соизмеримости -(рис.2), решеток ступеней на вицинальных гранях.
К началу работ, вошедших в диссертацию, теория таких систем практически отсутствовала. Исследования одноосных кристаллов,, с эдной стороны, позволяют понять общие свойства двумерных кристал-іюв, с другой -> объяснить поведение широкого круга эксперимен-
тальных объектов. Наиболее важными являются вопроси о структуре основного состояния, характере упорядочения, фазовых переходах в двумерных-одноосных кристаллах, влиянии неравновесных дефектов на свойства двумерных кристаллов.
Результаты работ автора в перечисленшх направлениях систематизированы в диссертации.
Цель работы заключалась в построении на базе экспериментальных данных теоретических моделей одноосных двумерных кристаллов, исследования этих моделей и объяснения на основе полученных результатов наблюдаемых в эксперименте свойств двумерных одноосных кристаллов.
Проведенные работы направлены на развитие общего научного Направления - теории двумерных кристаллов.
Диссертационная работа является частью научно-исследовательских работ Института физики АН УССР по теме "Исследование фазового состояния и фазовых переходов на шверхности твердых тел и их влияние на свойства адсорбционных систем", шифр темы I.5.I.I в рамках проблемы "Радиофизика, радиотехника и электроника".
Научная новизна. В работах,вошедших в диссертацию,впервые:
-
Развита теория несоизмеримых одноосных двумерных кристаллов вблизи перехода соизмеримая - несоизмеримая фаза.
-
Настроена теория фазовых состояний и фазовых переходов в соизмеримых одноосных двумерных кристаллах с большими периодами.
-
Настроены и исследованы модели ряда одноосных двумерных кристаллов со сложной элементарной ячейкой.
-
Исследовано влияние дефектов подложки на корреляционные и диффузионные свойства двумерных одноосных кристаллов.
В результате исследования построенных моделей одноосных двумерных кристаллов били предсказаны:
-
промежуточная жидкая фаза при переходе от соизмеримого к несоизмеримому дйумьрниыу однооосному кристаллу;
-
переход из фаш с дальним порядком в фазу с квазидальним порядком для одноосных структур с большими периодами на поверхности кристалла;
-
коллективной характер диффузии в несоизмеримых двумерных крисі аллах.
Перечисленные эффекты впоследствии наблюдались в эксперименте.
Результаты приеденных исследований позволили впервые
- г -
объяснить:
-
Тсрмоетабильноеть цепочечных структур щелочных, щелочноземельных и рецкоземельшх адсорбатов на грани (112) вольфрама и молибдена.
-
Зг.гпсримгдтд по диффузии в тосгтпчеридах структурах щелочных, щелочноземельных и редкоземельных адсорбатов на гранях
С НО) и (IJ2) кристаллов вольфрама и молибдена.
-
Низкотемпературную сверхструктуру в решетке (2x2) кислорода на грани (ПО) молибдена.
-
Эксперименты по диффузии в двухфазной области в субяоно-слойной пленке лития на грани (ПО) вольфрама.
-
Экспериментальные данные по структуре и фазовым переходам в субмонослойной пленке теллура на грани (112) вольфрама.
Практическая ценность полученных результатов состоит в создании физической картины одноосных двумерных кристаллов. Проведенные исследования позволяют для широкого класса решеток адато-мов находить характер фазового состояния и фазовых переходов, определяющих практически важные свойства адсорбированных пленок. Исследования влияния неравновесных дефектов на свойства одноосных двумерных кристаллов, с одной сторона, дают-физическую картину реальных систем, с другой - общие закономерности поведения двумерных систем в случайном потенциале. Исследования построенных на основе экспериментальных данных моделей позволили предсказать ряд эффектов, обнаруженных впоследствии в експерименте.
На защиту выносятся три группы результатов
I. Теория фазовых состояний и фазовых переходов в несоизмеримых двумерных одноосных кристаллах.
I. Теория корреляционных свойств одноосных соизмеримых структур . с большими периодами на поверхности кристалла и фазовых переходов в них.
3. Анализ влияния дефектов поверхности на корреляционные и динамические свойства одноосных двумерных кристаллов.
Развернутое изложение згадгслаеилх положений н результатов («но в конце автореферата.
Апробация работы,: Результаты работы докладывались на Между-тродной конференции т фазовым переходам на поверхности (Ороно,
США, 1981), ХУШ и XX Всесоюзных, конференциях по физической электронике (Москва,1981; Киев,1987), Всесоюзных школах по физике, химий и механике поверхности (Нальчик,1901; Ташкент,1983), 22 Всесоюзном совещании по физике низки* температур (Кишинев,1982), заседаниях секций "1{ристаллография поверхности" (Шацк,1982) и "Шизика поверхности" (Чегет,193Ь) Совета по физике, химии и механике поверхности, Международной школе "Электронно-оптические метода в аналитике поверхности" (Галле, ГДР,1982)', Всесоюзном симпозиуме по физике поверхности твердых тел (Киев,1983), 5 Мевдународной конференции по поверхности твердого тела (Мадрид,1983), Международной конференции "Электродинамика межфазной границы" (Телави, 198-1), ІУ Всесоюзном совещании по дефектам структуры в полупроводниках (Новосибирск,1984), Ш Международном симпозиуме по физике поверхности твердого тела (Смоляннце, ЧССР,1984), У Международной летней школе по росту кристаллов іВарна,Болгария,1985), Всесоюзной зимней школе-симпозиуме физиков-теоретиков Коуровка-XXI (Нижний Тагил,1986), 10 и II Международных семинарах га физике поверхности (Паховкце, Польша,1986,1987), ІУ Международной конференции но пленкам и поверхности твердого тела (Хомамацу, Япония, 1987), Международном семинаре по физическим и химическим аспектам адсорбции щелочных металлов (Бад-Хонеф, ФРГ,1989), Всесоюзной конференции "Поверхность-89" (Черноголовка,1989).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии /I/, рбзоре /2/, 19 оригинальных статьях и 3 тезисах конференций /3-24/.
Структура и объем циссертацин. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка работ автора и цитированной литературы (101 наименование) и Приложения. Работа изложена на 279 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка.
