Введение к работе
Актуальность темы. Исследование поверхности является важной задачей физики твердого тела и материаловедения, так как многие физические явления (окисление, коррозия, гетеродиффузия и др.) происходят на поверхности, и особенности их протекания во многом определяются её свойствами.
Колебательные свойства поверхности, наряду с её другими характеристиками, шрают значительную роль в физике поверхностных явлений и привлекают большой интерес в связи задачами исследования кристаллической структуры и термодинамических параметров поверхности. Кроме того, знание колебательных свойств поверхности открывает путь к термодинамическому описанию межфазных границ, что имеет важное значение для задач связанных с износом, прочностью и старением, а также для технологии создания слоистых материалов. Широкое использование поверхности твердого тела в ряде современных технологий, стимулировало развитие теоретических исследований колебательных свойств как внешних, так и внутренних границ раздела.
Для расчета дисперсионных кривых поверхностных фононов используются, как правило, различные модели силовых постоянных. Но, как показывает анализ сравнения результатов теоретических расчетов с экспериментальными дачными, в рамках этих моделей не удается установить связь между изменением силовых постоянных н изменением электронной плотности, возникающих при образовании поверхности. Эти трудности можно преодолеть используя первопринщшные расчеты. Однако, расчеты "из первых принципов" являются технически очень сложными, так как требуют самосогласованных вычислений электронной плотности. Поэтому используются полуэмпирические модели, типа модели погруженного атома, которые позволяют учесть многочастичные взаимодействия через функцию погружения, являющуюся функционалом электронной плотности. Параметры метода подгоняются под известные экспериментальные данные энергии образования вакансии, модулей упругости, энергии сублимации, равновесного параметра решетки, равновесного объёма, а для сплавов типа АВ под теплоту растворения и энергию сегрегации.
Цель и задачи работы. С использованием результатов расчетов фонон-ных спектров свободных поверхностей (100), (110), (111) Pd и Ni; поверхностей этих металлов с монослоем Си и границ раздела в системах Ni/Cu, Pd/Cu, Ag/Au, и на основе анализа изменения поверхностных силовых постоянных данных металлов провести исследование колебательных состояний при переходе от внешних поверхностей к внутренним границам раздела; выявить особенности и закономерности в поведении колебательных состояний при таком переходе. Исследовать влияние перемешивания атомных слоев на колебательные свойства границы раздела на примере системы Ag/Au.
На зашиту выносятся следующие положения:
-
Анализ влияния релаксации поверхности на фононные спектры идеальных поверхностей (100), (110), (111) Pd и Ni.
-
Анализ влияния монослоя Си на колебательные свойства и силовые постоянные поверхностей Pd и Ni с низкими индексами.
-
Особенности и закономерности изменения колебательных свойств на внешних и внутренних границах раздела в металлических системах Ni/Cu, Pd/Cu.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые, с учетом многочастичных межатомных взаимодействий, проведено комплексное исследование колебательных свойств свободных поверхностей с низкими индексами для Pd и Ni; этих же поверхностей данных металлов с монослоем Си и границ раздела (100), (110), (111) в металлических системах Ni/Cu, Pd/Cu, Ag/Au.
Показано, что:
особенности изменения колебательных свойств свободной поверхности подложки Pd и Ni в присутствии монослоя Си зависят как от структуры поверхности, так и от материала подложки;
нанесение монослоя Си, на свободную поверхность Pd приводит к возникновению новых, гибридизованных (одновременные смещения атомов подложки и монослоя) колебательных состояний локализованных на границе раздела, при сохранении колебательных состояний чистой поверхности Pd. Увеличение толщины покрытия приводит к повышению локализации колебатель-
ного состояния на атомах граничного слоя и, в зависимости от структуры поверхностей Pd и Си, практически полному изчезновению поверхностных колебательных состояний ;
- в присутствии монослоя Си на свободной поверхности Ni атомы монослоя и подложки смещаются независимо друг от друга; увеличение толщины покрытия не изменяет характер колебательных состояний тт состояний, локализованных на границе раздела практически не возникает. Лишь для границы раздела (110), в общей запрещенной щели и в узком интервале значений волнового векюра к, появляемся колебательное состояние со смешениями атомов по обе стороны от границы раздела.
Практическая ценность. Полученные данные об особенностях и закономерностях поведения колебательных состояний на внешних и внутренних поверхностях в металлических системах могут быть использованы для термодинамического описания как внешних, так и внутренних границ раздела, что очень важно при разработке материалов с заданными свойствами, широко применяемых в различных отраслях (приборостроение, вакуумная техника); для получения тонких фолы различных металлов и сплавов и др.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: ECCOSS-12 (Stockholm, Sweden, 1991); 1VC-12/ICSS-8 (The Hague, Holland, 1992); 16th Int. Seminar on Surf. Physics (Poznan, Poland, 1992); 17th Int. Seminar on Surf. Physics (Wroclow, Poland, 1994); 13th International Vacuum Congress I 9th International Conference on Solid Surfaces (Yokohama, Japan, 1995); III Russian-Chinese Simposium "Advanced Materials and Processes" (Kaluga, Russia, 1995); ECCOSS-15 (Lille, France, 1995); ECCOSS-16 (Henye, Italy, 1996).
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы составляет 121 страницы, включая 41 рисунок, 10 таблиц, библиографический список состоит из 113 наименований.
-б-
