Введение к работе
Интерес к теории веупругого рассеяпня эарякешшх чвстиц поверхностью твердого тела возник п сохраняется а значительной степени в связи с потребпостяып электронной и волной спектроскопии. В нкстояшсе время накоплен большой экспериментальный материал по спектроскопия характеристических потерь энергия электронами (ХПЭЭ) как для чистых поверхностей, так и поверхЕостей, покрытых ад-сорбатами, в том числе упорядоченными поверхностными фазами. Такие поверхности являются сильно неоднородными в нормальней паправлениі п пернодичеекпмя латерально, и дашше ХПЭЭ спехтросхошгп прэзсавы давать информацию об их локальном электронном строении. Однако, как это пя шрадсасальео, именно вопрос о степени локальности возбуждения различных собственных колебаний и, соответственно, энергетических потерь зопдЕруЕЯЦнМ'Зьрзязм, являло до последнего времени совершенно не разр&бот&шгьш, не только на прикладном, по н на фундаментальном уровне. Достаточно сказать, что наивысшее достижение современная теория возбуждения поверхностного (ПП) а мультипольного плазмсноз (МП) на поверхности металлов - расчет в рамках зггпсипего от времена приближенна локальной плотаостн (K.-D. Tsuei et al., Phys. Rev. Lett. 32, 2256 (1889); Phys. Rev. Lett. 64, 44 (1SS0); Surf. Sci., 2-JT, 302 (1331)) -.выполнен в предположения об отраженна налетающего электрона високо над поверхностью, в сблгетн пренебрежимо малой электроппой плотности мишени. Понятно, что этот годхся, прежрасво описывая положение и дисперсию ПП я МП, Ее может дать кр^впльпо« соотношение амплитуд ссютветствуюсщнс mtKos, предсказываf пггтепеввпость МП на два перадка меньшей, чем янтепсивпость ПП, в то время, как в эксперименте эти потеря моапо таблгодать с приблизительно одинакозоа пнтепепвпостыо.
В данаой работе предложен новый подход к решению задач веупругого раояяпия заряженных частиц пезерхгастью твердого тела. Сущяость этого подхода с і.тоят в доказательстве и применении свойств .аналитичности футгжциЗ дйвамячесіг>?тх;> отклика полуограниченнчх систем по комплексной переменной волиовоЗ вектор. По-
.1
добно хорошо известным свойствам аиалвткчяости диэлектрической проницаемости как функции комплексной частоты, следующим из времевного принципа причинности и прнЕсвшцвм и теории Кршерса-Кронига, рассматриваемая аналитичность может быть весьма общим образом получена вз предлагаемого в даввой работе принципа "пространственной причинности* в задаче линейного отклика полуогранвчен-
ЕЫХ СВСТеИ.
Указанный подход оказывается веста плодотворным, как для единообразного построевЕЯ поверхностных функций энергетических потерь для полуогракиченных систем различной природы1, так в для проведения конкретных расчетов, которые часто оказывается возможный выполнять аналитически. Преимуществом предлагаемого подхода по сравневвю с традиционным является его большая общность, с его помощью достигается лучшее понимание уже известных результатов в облегчгется получение новых.
Цели и задачи исследования. Главными селами даввой работы яалмотся взуче-нве'механязмоа возбуждения собственных мод электронной плазмы пооерхпости твердого тела в заввсаыеств от ваешвшс условий возбуждения в исследование вопроса о -степени локальности информации об злехтроцЕом строения црдповерхностной области, извлекаемой из соответствующих ХПЭЭ спектров. Для достижения этой цели были поставлены следующая задачи: .
1. Разработать теоретический формализм, описывающий неупругое рассеяние в
спектроскопическом эксперименте "ва отражение" про провпквовенив. заряда
на произвольную глубпау в приповерхностный слой;
-
Выясннть пгобхедпмые условия возбуждения объемного плазмона (ОП), ПП в МП налетающим зарядом, (ве)проннхавдщкм в область приповерхностной электронной плотности мяшенв;
-
Построить модели, описывающие пронесе неупругого рассеяния заряда nosepx-
'В данной работа р&ссы&трвааотез рьзлачииг модели иоверхвостн металлов, шшо-ы&стта5ные сверхрешеткн в ышютропные кристаллы
ностью в геометрии "па отражение", допускающие аналитические решения а определяющие степень локальности возбуждения коллективных колебаний вблизи поверхности;
-
Изучит ь роль анизотропии объема в возбуждении поверхностных коллективных колебаний;
-
Провести квалтово-механические расчеты вероятности возбуждения собственных мод при изменении глубины проннкиозения зондирующего заряда в приповерхностную область простых металлов.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие положения:
-
Для полуограпнчезиой системы (каково".может считаться практически произвольное макроскопическое тело с поверхностью), граничащей с вакуумом, справедливо утверждение: внешние поля, не проникающее в вещество, се вызывают отклика последнего. Следствием этого утверждения, которое мы называем принципом "прострапствепЕЫЙ причинкостя", явлгетея шалнтячпость нелокальной обратной диэлехтрячесЕсй проницаемости t ~'(с»> *» > ЭД>ш)%гх Функция волновых векторов q, я k, в соответствующих комплексных полуплоскостях.
-
Для сечения неупругого рассеяния заряда в эксперименте "ва отражеяне" справедливо выражение, в котором ф&кторнзогаЕэ сечеяве упругого рассеяпая. в» атомных остовах, ответственное за отраяека» їзріда от соверхпостн. Прин-щягаалывдм преимущество»* этого выражения, еправадлЕвого как'для дипольного, так и для ударного (impact) рассеяния, является то, что ово избавляет от необходимости вычаслеиня сечется упругого рассеживя, поскольку последиее-фигурирует в неупругом сечении ках нормировочный мкожитель. В случае ди-польвого рассейния отсюда вытекает обздпЗ сеосоЗ построения поперхнсстпоЗ функции потерь энергии в терминал обратной дгзясхтркчесхеЗ препяпжзмрсть полуограннченпой системы. '
3. Получено общее аналитическое решеїше задача лилейного отклика поверхности в ыодели диффузного paccezffiia для вещества с произвольной зависящее от частоты в волнового вектора диэлектрической прошцаегюстью t(u>,q).
А. Получено аналвтвческев решгнзе, спясыв&ющге возбуждение ОП на расстоянии - без проашкноЕспия аввдирукицего заряда в область объемной электронной концентрации шшггвя. Ссответствующ&з особенность в функции потерь ииегт тип точки ветвлгаяя, в отличвз от традацвогвого контактного механизма воз-суздгпаа Oil, проявляЕйцогося в фуякцнн потерь как полюс.
-
В анизотропных системах (перподичгсквх вапо-ы&сштгбпых сверхрешетках н анизотропных крЕсталл&х) существует канал возбуждения объемных колебаний электронной плотсостп, связанный исключительно с неэквивалентностью различных вапрааленяЁ. В отличие от одаоредаого электродного газа, дам этвх систем пе запрещаю возбухщеаив ва расстоянии объевших колебания электронной шіотпосте даже в дланиозолвовом пределе.
-
Учет врокажновгппи зондирующего заряда в переходную область вблизи поверхности металлов Дієт резкое возр&станпе вероятности возбуждения МП, что приводит теорию в соответствие с экспериментом в отисшгнвн интеиенвпоств шпядаПП, МПиОП.
Нс-вчзка полученных а дишоЗ двсссртацзснвоа работе результате», состоит в т.. а, что в пей впертшз
рассмотрены свойства аналитичности вглокальпой функции отклика полуогра-ниченлей езстсыы по переаевпоа волновой вектор к на этой основе вгедена функция поаерхяоеттьйс потерь в терминах обратной ислокальноЗ днэлехтрическол проницаемости;
получево выражение для веупругого сечеппя рассеяния заряда, проникающего па произволькую глубину в приповерхностный слой я испытывающего упругое рассеяние в заднюю полусферу за счет столкпогенЕЯ с атомным остовом;
получено аналитическое решеиче задачи о диффузном рассеяния эарздн на поверхности твердого тела в полуклассической модели с бесконечным барьером я произвольней зависящей от частоти и волнового лектора объемной диэлехтрнческо"! проницаемость» t(uJ, q);
получена аналитических фупкциї потерь, описывающая возбуидечие объемного плазмопа на расстоянии- без проникновения зощпгрукшдего зарлд.ч и область зл;"ет7-ь5 электронной концентрации образца и прозлалнзирозапа аналитическая структура соответствующей особенности я этой функция;
показано, что в анизотрогікмх системах (периодических сш'рхрешет ках и одяо-оспых кристаллах) реглизуетез особый механизм колебаний электронной плотности, связанный исключительно с неэквивалентностью различных направлений .а запрещенный в изотропных системах;
проведен хваптово-механический расчет вероятности возбуждения ПП, МП и ОП в зависимости от глубины проянкяовепия зочпирующего заряда, в экспервмспте "иа отражение", что позволило преодолеть расхождение теория и эксперимента в вопрех-» относительных иптенспвностей соотвегствутщих пиков.
Работа выполнена я Институте автоматики и процессе» управленая ДВО РАН я во Владивостокском государствепком университете экономика и сервиса (кафедра электроники) в соотаетстЕШі с планами пгучпф-ксследовлтельсхих рзГют по научному исправление "Исследование фазнчесхих явлений я процессов в иязкор&змєр-вьгх структурах аа основе кремния", а также в рамках программы МшгастерстЕД пауки РФ "Псэерхпостньге атомные структуры" проект "Создание поаых п/п материалов и приборов с поеерхтгостаымн фазами па основе кремниевой матрицы" № 95-1.16 и гранта Российского фонда фундаментальных исследований "Исследование формирована, стабильности, электрофизических я оптических характеристик трех-компонентных поверхностных фаз на поверхности кремяяя" № SS-G2-I6038-a.
Практическая пеняоеть дайкой диссертационной работы определяется тем, что в ней исследована степень локальности возбуждения собственных иод при веупру-гем рассеянии заряда поверхностью твердого тела, что имеет паяное значение для
извлечение информации о легальной- электронном строении и в целом интерпретация результатов ХПЭЭ спектроскопии поверхности. В частности, в данной работе удалось привести в соответствие теорию, и эксперимент в вопросе относительных пн-тенсивпостей ПП, МП и ОП в ХПЭЭ спектроскопии высокого разрешения простых металлов с угловым разрешением.
Апробация работы. Полученные в данной работе результаты докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: XIX Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике (Ташкент, 1984); XX Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике (Киев, 1987); XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной элек-тропике (Ленинград, 1991); 1st Russian-Japanese Seminar on Semiconductor Surfaces (Vladivostok, 1993); 14th European Conference on Surface Science (ECOSS-14) (Leipzig, Germany, 1994); 13th International Vacuum Congress/ 9th International Conference on Solid Surfaces (Yokohama, Japan, 1995); International Symposium on Surfaces and Thin Films of Electronic Materials (Hamamatsu, Japan, 1995); 2nd Russian-Japanese Seminar on Semiconductor Surfaces (Osaka, Japan, 1995); 18th International Seminar on Surface Physics (Wroclaw, Poland, 1996); 16th European Conference on Surface Science (ECOSS-16) (Geneva, Italy, 1996); 7th International Conference on Electron Spectroscopy (Chiba, Japan, 1997); XV Научная школа-семинар "Рентгеновские п электронные спектры и химическая связь" (Екатеринбург, 1997).
Публикации. По материалам диссертации выполнена 31 публикация, основные нз которых приводятся в конце автореферата.
Личный, вклад автора. -Выбор общего направлення исследований в определение задач на концептуальном уровне происходило в тесном сотрудничестве профессора В. Г. Лифппща а автора. Автор самостоятельно разработал математический формализм (эксплуатация аналитических свойств функции отклика, вывод выражения для сечения неупругого рассеяния с произвольной глубиной проникновения в переходный слой), поставил и получил решения модельных задач. В работе, связанной с изучением одноосных кристаллов, принимала участие Н.С.Карпинская. Автор поставил задачу расчета возбуждения ПП, МП и ОП с учетом проникновения пучка на
произЕо, >-яую глубину в приповерхностный спо5 матеаи, разработал соогвегстаув> щие компьютерные программы и провел машпппые расчеты. В расчетах участвовал Ю.В.Лушгков. Автор тггерцреттгровал результаты расчетов и провел ср&впеяне с эксперим^чтом.
Структура работы. Диссертационная ряйота состоит из введения, семгі глаз, заключения и списка цитированной литературы.
Похожие диссертации на Неупругое рассеяние заряда поверхностью твердого тела и принцип "пространственной причинности"
