Адсорбция атомов тербия, диспрозия и эрбия на грани (110) монокристалла молибдена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

СЛМКТ-ПЕТСРПУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ий. правах, рукописи

Владимир Алексеевич

АДСОРБЦИЯ АТОМОВ ТЕРБИЯ, ДИСПРОЗИЯ И ЭРБИЯ НА ГРАНИ (110)

МОНОКГНСТдЛЛА «ОЯИПЛКНА

Специальность - 01.04.07 - физика твердого телп

АВТОРЕФЕРАТ лиссортзиик на соискание учоной степени кандидата физино-иатвматическнх наук

Санкт-Петербург 1999

Робота выполнена в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель;

кандидат физико-математических наук с.н.с. С.А.Шакирова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук проф. А.Я.Тонтегодв

кандидат физико-математических наук доц. С.А.Князев

Ведущая организация - институт Физики АН Украины.

Защита диссертации состоится ". 1995 г., в

1530 часов, на заседании Диссертационного совета Д.063.57.32 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) физико-математических наук в Санкт-Петербургском государственной университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке санкт-петербургского государственного университета.

Автореферат разослан

1995 Г.

Ученый секретарь диссертационного совета

проф. В.А.Соловьев

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к исследованию пленочных систен не

ослабевает уже на протяжении многих лет. Он вызван тек, что тонкие пленки находят широкое применение в различных отраслях техники,

таких как микроэлектроника, эмиссионная электроника, гетерогенный ---- —. — —

У- 1 ôpc*Mt>riii jiOctUJIBHo liOiijiuijHiJ Илучнмм РЩИНИИ

щелочных и щелочноземельных металлов, имевших наиболее простую конфигурацию электронных оболочек. Однако, для детального анализа процессов, происходящих на поверхности твердого тела, для развития теории адсорбция необходимо расширение класса исследуемых адсор-батов. Поэтому внимание исследователей было обращено к адсорбционным системам на основе редкоземельных металлов (РЗМ). РЗН адсор-баты, для которых с ростом атомного номера Z происходит заполнение внутреннего 4<:-уровня, представляют уникальную возможность для исследования взаимосвязи между электронной структурой адсорбируемых атомов и свойствами адсорбционных систем. Кроме того, системы к соединения с участием РЗН все чаще находят применение на практике, а для этого необходимо знание количественных характеристик индивидуальных РЗМ и понимание сущности происходящих процессов. Возможность получать надежную информацию такого рода появилась в течение последних нескольких лет после получения редкоземельных металлов высокой чистоты.

Основная цель работы. На сегодняшний день в условиях сверхвысокого вакуунз кссясдопзни я язь ппкоторыв аясистакы с участием РЗМ, при этом свойства кристаллических РЗМ изучены в малой степе-пи, » частности, нет данных о работе выхода граней монокристаллов РЗН. В связи с этик целью работы было исследование адсорбции ТЬ, Dy, Ег на грани (110) монокристалла молибдэна. Молибден - один из немногих материалов, с которым РЗИ не образуют химических соединений, сплавов и твердых растворов. Вместе с тем, грань (НО) ОЦК. кристалла молибдена - гладкая плотноупакованная грань, которая практически не подвержена реконструкции. Все это позволяет более определенно выделить влияние электронной структуры адсорбата, а также температуры формирования адсорбированных слоев на взаимодействие между адатомами и на, свойства пленок субнонослойной толщины. Кроме того, изучение адсорбции Tb, Dy, Ег позволяет дополнить ряд

наследованных адсорбционных систем РЗК - №(110) [1-5] к, воз можно, обнаружить взаимосвязь между электронной структурой РЗК * их адсорбционными характеристиками. Поскольку информация, получаемая любов кз существующих методик носат односторонний характер, исследования проводили в экспериментальной установке, оснащенной комплексом методик, а идентичных экспериментальных условиях.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые методами КРЦ, ЭОС, ДМЭ, кварцевых микровесов исследована адсорбция атомов ТЬ, Оу, Ег на граня (110) Мо. Измерены концентрационные зависимости работы выхода (р(п) на грани (110) молибдена при комнатной и повышенной (-800 К) температурах подложки. Определены дипольные моменты атомов ТЬ, Оу, Ег в пределе нулевого покрытия р0 при Т-300 К и Т-800 К.

2. обнаружены необратимые изменения работы выхода пленок ТЬ, Оу, Ег при повышении температуры формирования адслоев, обусловленные внутриадатонными электронными переходами, стимулированными температурой.

3. Определены значения энергии связи Во атомов ТЬ « Ну с поверхностью грани (110) молибдена. Измерены концентрационные зависимости энергии связи Е(п) атомов ТЬ и Оу на грани (110) монокристалла молибдена.

4. Определена последовательность структур пленок ТЬ, Оу, Ег, образующихся в процессе формирования пленки адсорбата при Т-300 К и Т-800 к. Обнаружено, что монослойнону покрытию при всех температурах отвечает ГПУ структура, которая соответствует грани (0001)

. монокристалла ТЬ, Оу, Ег.

5. Определены кёханизкы роста пленок ТЬ, Оу, Ег при комнатной и повышенной температурах подложки. Обнаружено, что при Т-300 К для всех исследованных адсорбатов по крайней мере в пределах двух монослоев реализуется послойный механизм роста. Повышение температуры подложки приводит к изменению механизма роста.■ при Т-800 К рост пленок происходит по механизму Странского-Крастанова.

6. Обнаружены искажения форны вольт-амперных характеристик пленок Оу и Ег субмонослойной толщины, связанные с особенностями формирования пленок при комнатной температуре подложки.

7. Обнаружена высокая терническая устойчивость исследованных пленок РЗК на грани (ИО)Мо: тербия - вплоть до 1400 К, а диспрозия и эрбия - вплоть до 1300 К.

Защищаемые положения.

1 В условиях сверхвысокого вакуума (1x10 ми рт. ст. ) при двух температурах подложки измерены концентрационные зависимости работы выхода высокочистых ТЪ, Оу, Ег на грани (НО) молибдена, а также значения работы выхода хонослойных пленок этих элементов.

определены начальные дипольныа моменты *»»• __.¿¿.пмх — ,

Пу, Ег ил гг*тт~ ; _моп*"-----.

«¡. определены значения энергии связи Во атомов ТЬ и Иу с поверхностью грани (НО) молибдена. Измерены концентрационные зависимости энергии связи В(п) атомов № I Су на грани (НО) монокристалла молибдена.

3. Повышение температуры формирования адслоев приводит к необратимым изменениям работы выхода адсорбированных пленок я начального дипольного момента адатонов ТЪ, 1Эу, Ег, что обусловлено внут-ряадатомными электронными переходам», стимулированными температурой.

4. Повышение температуры приводит к изменению механизма роста пленок тербия и диспрозия: послойные механизм меняется на механизм Странского-Крастанова, когда на фоне одного или двух монослоев растут трехмерные кристаллиты.

5. Атомы РЗМ (кроме 5т. Ей, УЫ, независимо от электронной структуры в свободном состоянии, адсорбированные на грани (110) молибдена, находятся в одинаковом заряиовок состоянии.

Практическая ценность и достоверность результатов.

В работе получены новые систематические сведения о характере изменения адсорбционно-эмиссионных свойств нонослойных пленок редкоземельных металлов в широком интервале температур формирования пленка. Проведен анализ адсорбционных характеристик пленок РЗИ 8 зависимости от атокного номера и конфигурации электронных оболочек РЭМ. Результаты могут быть использованы в таких областях науки и техники, как катализ, твердотельная микроэлектроника, эмиссионная электроника, вакуумная техника, прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, высокотемпературная сверхпроводимость и других, где необходимы детальные сведения о микроскопической природе адсорбционных процессов и поведении пленочных систем. Оки также могут икеть важное значение для дальнейшего

развития представлений о физико-химических явлениях на поверхности переходных металлов.

Достоверность результатов определяется применением надежных, хорошо себя зарекомендовавших современных методов исследования. Результаты получены в условиях сверхвысокого вакуума с использованием в качестве источников адсорбатов высокочистых веществ (чистота 99,96-99,99X1. Результаты Измерений многократко воспроизводились.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Диагностика поверхности" (Каунас, 1986 г.), на XX (Киев, 1987 г.) и XXI (Ленинград,

1990 г.). Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике. Европейской конференции по физике поверхности (ECOSS-11) (Саламанка,

1991 г. ), научных семинарах кафедры электроники твердого тела.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований

опубликованы в восьми печатных работах.

Структура и обьен диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит 111 страниц машинописного текста, 39 рисунков и 4 таблицы. Библиография состоит из 174 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований адсорбции адатоков редкоземельных металлов на тугоплавких подложках, а также дана краткая аннотация основных полученных результатов.

Первая глава содержит краткий обзор теоретических работ, посвященных аналитическому описанию электронно-адсорбционных свойств чистой поверхности. Рассмотрены модели взаимодействия одиночного атома с поверхностью металла, а также основные механизмы взаимодействия адсорбированных атомов между собой. Описаны особенности химической природы атомов редкоземельных металлов к результаты работ по адсорбции атомов РЗМ на гранях тугоплавких металлов. Из анализа имеющихся экспериментальных данных следует, что систематические исследования адсорбции атомов РЗМ на гранях тугоплавких металлов могут прояснить физическую природу ряда уникальных свойств редкоземельных металлов и соединений с их участием. При этом первостепенное значение имеют условия эксперимента и чистота источников адсорбата.

Во второй главе описана методика эксперимента. Исследования

проводили в экспериментальной сверхвысоковакуукной установке, осна«енно* комплексом методик - контактная разность потенциалов (КРП), электронная оже-спектроскопия (ЭОС). дифракция медленных электронов (ЯМЭ), кварцевые микровесы.

Образец представлял собой прямоугольную пластину ррзмирои 10*15-0. 6 мм3, вырезанную из монокристалла молибдена. Точность вы-ведеиия грани (110) не хуже 30'. Температуоу .. пваял*

мопарой вольфрам-я""; tr^-"1 »»»и«« jiorn»»T-~v¿. - икредоле-

пм •»■»•"■-;: ai . з облает* повышенных температур

«инолнятельный контроль за температурой образца осуществляли с помощью оптического пирометра. Конструкция крепления образца позволяла нагревать его до 1200 к прямым током, а для дальнейшего повышения температуры вплоть до 2000 К использовали электронную бомбардировку. Кроме того, нанесение адсорбата можно было производить при повышенной температуре образца, a всо измерения проводили при комнатной температуре. Очистку образца от прикесей углерода проводили обычный способом - прогревом в атмосфере кислорода.

Работу выхода язиерялх методом КРП в аарианте Андерсона относительно чистой грани (110) молибдена, значение работы выхода которой принимали равным 5,00 эВ. Технические характеристики ожо-спектрокетра - разрешающая способность О,8%, чувствительность по кислододу не хуже о, 03 мокослоя - определили диапазон применения метода ЭОС: определение химического состава, контроль частоты поверхности образца, оценка концентрации адсорбэта и определение механизма роста пленки.

Структуру пленок исследовали нетолст ДМЭ. В качестве диф-рактомера использовали 4-сеточный энергоаналнзатор, дифракционную картину наблюдали на люминесцентном экране через смотровое окно. Энергию связи измеряли методом изобар адсорбции■ Абсолютную концентрацию адсорбата определяли с помощью кварцевых микровесов с точностью 10Х, Источника адсорбата представляя* собой тпптзлояые М-образные полоски, а углубление которых помешали исходной вещество высокой степени чистоты (93,98-99,93%). Давление остаточных газов во время работы не превышало 1x10*'° нм. рт. ст.

Третья глава содержит результаты исследования эмиссионнс-адсорбционных свойств пленок ТЪ, Dу, Ег на грани ( 110) Мо при температурах подложки 300 К к 800 К.

Для всех исследованных адсорбатов ход зависимостей работы вы-

ход» от концентрат« имеет вид, характерны!) для электрополо-

жительных адсорбатов. При комнатной температуре подложки работа выхода быстро уменьшается, затеи проходят через глубок*» минимум (W3.08 эВ для Tb, W3.13 зВ для Dy, »>min-3,17 эВ для Er при п-4хЮисм"г для все* адсорбатов), небольшой максимум (pmin-3,563B для Tb, <omin-3. 75 эВ для Dy, ?rain-3- 68 эВ Для Er для п-8х10,4см~г), который соответствует заполнен«» мокослойного покрытия, и затем

постепенно выходит на плато <»>пл-3.46 эВ для ТЬ при п-12хю"сн~2.

14 • -а

РПЛ»3,58 ЭВ для Dy при п-13x10 см , <Pnn"3.53 эВ для Er при п«14х1014 см~г). Определенный из зависимости р(п) в пределе нулевого покрытия дипольный момент оказался равным 2. 1 D для адатона тербия, 1,9 С для адатока диспрозия, 1, 6 D для адатоиа эрбия.

При повышенной температуре подложки (800 К) зависимости ц>{п) заметно отличаются от кривых, полученных при комнатной температуре, что свидетельствует о необратимых изменениях в исследованных в адслоях. Для всех адсорбатов из гладкой кривая p(n) превращается в кривую с выраженными линейными участками, что обычно связывают с происходящим в пленке фазовым переходом I рода. Меньший наклон на начального участка кривой #>(п) при повышенной температуре подложки свидетельствует об уменьшении дкпольного момента до значения I, 7 D, 1,3 D, 1, i D для тербия, диспрозия, эрбия, соответственно. Вместе с этим, исчезает максимум на кривой р(п). после минимума работа выхода непосредственно выходят на плато. Кроме того, увеличивается значение работы выхода в минимуме (до (Рт£п"3-31 эВ япя тербия, W3.3 эВ для диспрозия, %in"3>42 эВ.для арбия), а также концентрация, при которой достигается минимум работы выхода 4,8х1014 см"2 для тербия, 5,7хЮ14 см"2 для диспрозия, бхю" см"2 для эрбия.

В случае отсутствия максимума на кривой у (п) достижение работой выхода насыщения обычна связывают с завершением заполнения конослойного покрытия. для пленок тербия и диспрозия это происходит при той же концентрации адатомов, при которой завершается заполнение монослоя при комнатной температуре подложки 8хЮ14 см"а, а для пленки зрбия работа выхода достигает насыщения при n-ioxio14 ск"2, что свидетельствует об уплотнении мокослойного покрытия атомов зрбия при повышении температуры подложки.

При комнатной температуре подложки для всех адсорбатов вид зависимости интенсивности оже-пика от концентрации I (п) представ-

ляот собой ломаную линию, причем точки излома соответствуют завершению заполнения очередного монослоя - 8x10й си"2, 16x10м см"2 к 24хЮ14 си"2 для тербия, Зх101< см"2 16x10м см~а для диспрозия и эрбия. После завершения заполнения трех монослоее для тербия и двух для диспрозия и эрбия рост интенсивности оже-пика адсорбата с увеличением концентрации прекращается, что связано, по-bhshkokv. <■ образованием трехмерных кристаллитов Dy я Er) »»•» три* i> ся«- *п,; лимос*л»я адсорбата.

Up« no»irroiüiöii гемпературе подложки зависимость (п) также имеет вид ломаной, однако рост интенсивности оже-пика адсорбата прекращается (для Dy) или существенно зчмедляется (для ТЪ) при меньших концентрациях, чем в случае комнатной температуры подложки - при П-16ХЮ14 см"' для тербия я n-8xlou см*2 для диспрозия. Это свидетельствует о том, что повыяение теипературы подложки приводят к образовании трехмерных кристаллитов уже на поверхности монослоя атомов диспрозия и двух монослоев атомов тербия.

Последовательность дифракционных картин при напылении очень похожа для всех трех адсорбатов. При комнатной температуре подлож-кк на начальном этапе роста пленки (n« (0-2, 5)хЮ си ) для всех исследованных адсорбатов на дифракционной картине чистой грани (110) молибдена дополнительных рефлексов ие появляется, наблюдается лишь увеличение фона и некоторое ущярение основных рефлексов. Прогрев пленки или напыление на подогретую подложку приводит к сохранению геометрии дифракционной катрины, однако уширенные рефлексы становятся четче и контрастнее. Это свидетельствует о том, что в области калых концентраций во всем диапазоне исследованш/х температур пленки торбия, диспрозия, эрбия существует ч вияэ решеточного газа. Работе выхода как при номнатной. «ан и при повышенной температуре с ростом концентрации изменяется линейно, что свидетельствует о постоянстве дипольяого момента аяатоков тербия, диспрозия, эрбия, т. е. деполяризации диполей с ростом п не происходит. Уменьшение начального дипольного момента при увеличении температуры свидетельствует об изменении электронного состояния адатомов тербия, диспрозия, эрбия которое вызвано, вероятно, внутриадатоккыми электронными переходами, стикулкрованныни температурой. Постоянство дипольного момента с ростом концентрации при каждой из исследованных температур позволяет сделать вывод о том, что электронное состояние адатома в этой области концентраций оп-

ределяется главным образок воздействием электростатического поля подложки, а влияние деполяризующего поля диполей пренебрежимо мало, хотя уменьшение энергии связи от -5,7 эВ до -4,7 эВ (в случае адсорбции диспрозия) свидетельствует о сильном отталкива-тельном взаимодействии между адсорбированными атомами.

В интервале концентраций (2.5-6)*ш" см'г на дифракционных картинах (имеющих некоторые особенности для каждого адсорбата) видны полосы, проходящие через рефлексы молибдена в направлении [001], на которых видны слабые рефлексы структуры с(1x3). Прогрев пленки приводит к исчезновению полос при сохранении структуры с( 1x3) вплоть до испарения атомов.

Начиная с концентрации n-6xio" см"2 все исследованные адсор-баты вновь демонстрирует очень похожее поведение - при Т-300 К появляется слабая и размытая дифракционная картина от ГПУ структуры адсорбата, которая сохраняется без гаметных изменений до w8*lo" си"2. Прогрев пленки » этой области концентраций при повышенных температурах подложки приводит к улучшению контраста и четкости дифракционной картины, причем чек выше температура прогрева, тем четче и контрастнее дифракционная картина, становятся видны рефлексы двойного отражения. Напомним, что при п-8х10 см" работа выхода проходит через максимум, а зависимость I (п) испытывает излом, что связаано с заполнением монослоя. По мере увеличения концентрации адсорбата (n>8xlOu см"2) при комнатной температуре подложки' работа выхода плавно уменьшается, контраст дифракционной картины постепенно ослабевает и при п-{12- 14)хЮ14 см"2 рефлексы or ГПУ структуры становятся неразличимыми, при этом работа выхода выходит на плато. Из последовательности наблюдавшихся дифракционных картин естественно заключить, что второй монослой растет на поверхности очень слабо упорядоченного первого слоя в виде бесструктурной пленки (элементы упорядоченности в первом монослое при ограниченной подвижности адатоков при Т-300 К проявляются, безусловно, в сипу влияния поля подложки). В области концентраций, соответствующих образованию второго монослоя, отжиг или напыление адсорбата на подогреваемый (Т-800 К) кристалл приводят к появлению четкой дифракционной картины ГПУ структуры адсорбата. Это свидетельствует о тон, что повышение температуры подложки способств>ет упорядочению и второго слоя адсорбата (а в случае диспрозия даже образованию трехмерных

кристаллитов), при. этом величина работы выхода, достигнув насыщения при п-8>10м см"2, на изменяется (за исключением эрбия)

Четвертая глава посвящена обсуждению полученных результатов и анализу адсорбционных характеристик редкоземельных адсорбатов и связи с особенностями строения и заполнения электронных оболочек агомов РЗН с ростом атомного номера Z.

Для всех исследованных адсистем '»»-гг;.:;^;^ щи »»«-г тип»"«*"" "П.-; ii«u»KTpnn<*"*"""-': .»ыих , uocit« стрвнитипь-

nuro ?f"!t!.nGiinii в начальной области концентраций работа выхода проходит через минимум, часто довольно глубокий, затем - в большинстве случаев - максимум, которому соответствует завершение заполнения монослойного покрытия, и выходит на насыщение. Но результатам анализа изменения работы выхода исследованных адсистен в характерных точках зависимостей (>шх, (Рпп> прослежи-

вается тенденция возрастания <р с ростом Z.

Одной из характеристик, которая отражает природу взаимодействия адсорбированного атома с подложкой и его электронное состояние, является величина дипольного момента адатома в пределе нулевого покрытия ро- Начальные якпольные номечты адатоков РЗН на грани (1Ю)Мо и W (6) приведены на рис.1. Видно, что и в случав адсорбции на вольфраме, и в случае адсорбции на молибдене дипопь-иые моменты адатомов РЗН ро остаются постоянными при изменении Z.

однако, значение р зависит от подложки. Если поинять во внинание

s о

близкий атомный радиус атомов РЗН, то равенство дипольного монета свидетельствует об одинаковом зарядовом состоянии одиночного адатома.

Из общей зависимости Р0(2)«const (рис 1) выпадают значения для Eu-W(110). Sm-Mo(liO). Yb-Mo(llO). Для Eu и УЬ такое повеление закономерно. Во первых, атомы этих элементе» имеют.больший по сравнению с другими РЭМ атомный радиус. Но даже с учетом большего атомного радиуса, определяющего плечо диполи, зарядовое состояние адатомов Ей и Yb отлична от состояния адатоков других РЭН. Поскольку зарядовое состояние адатома определяется электронной структурой валентных электронкчх оболочек, зарядовое состояние адатомов двухвалентных Ей и ¥Ь должно существенно отличаться от состоянии адатомов других РЗН, для которых реализуется трехвалентное состояние или состояние с промежуточной эапентно-стью.

С ятей точки зрения легко обьяснимо высокое значение ро*3, 9D, получвнноа для Sm-Mo(llO) (S J, поскольку St«nborg а др. !7]

* г • />. 1 * * Л /\ /\

«

4 \

—__

иькнм|аь«п>г»»(апа*

Рис. 1. Начальные дяподьные моменты редкоземельных адатоиов на поверхности Мо(110) (а) я К(1Ю) (б) 161.

Ряс. 2. Энергия связя атомов РЗМ в пределе нулевого покрытия Е -на И( 100) (1). энергия сублика2 цяя редкоземельных металлов (2), величина Е для адсорбционных сястем РЗМ2Мо(110) (3).

обнаружили, что при малых покрытиях е»0*0.2 атомы саиаряя находятся в двухвалентном состоянии. Одинаковы!) дяпольный момент для всех адатоиов РЗИ указывает на то, что в пределе нулевого покрытия все адатокы находятся в одинаковом зарядовом состояния я имеют идентичную структуру внешних электронных оболочек. Прячем, по-видимому, она отвечает трехвалентному состоянию атома, т.е. бв^й* яля (Бб5с1)э. В пользу этого предположения говорит равенство ро для «тяпячныхэ РЗМ я такях, как Ьа, си. Ьи. которые заведомо имеют электрон ва Й-оболочке, а также отличие рд для заведомо двухвалентных - Би я ¥Ь, у которых мет й - электрона.

Энергия связи атомов РЗМ в пределе нулевого покрытия Ео является характеристикой адсорбированного атома, определяющей ■природу и степень взаимодействуя его с поверхность» подложки. Систематическое исследование веяячяны энергия связя Е0 атомов РЗМ, аясарб-ированных «а тугоплавких переходных металлах (текстури-рованных лентах V? (100), Та{ 1101 ■ КеСООО!) показало, что зависимости -£¿(2) аналогичны я жмввт необычный на первый взгляд пилообразны* ття, -квчестввкво оошгоряющ»* зависимость энергия

сублинации ЕСубл редкоземельных металлов от 2. Основываясь на корреляции между поведением ЕСубл< г) к Во( г) в ряду РЗМ, авторы работы [8] высказали предположение о том, что основным фактором, ответственным за формирование величин как энергии сублимации редкоземельных металлов, так и энергии связи адсорбированных атомов РЗМ в пределе нулевого покрытия является изменение их валентного состояния. Расчеты, выполненные в при«п—^¡и и» повеохнл»-т- «.с» бе* тг:г—Чинин нош в

состоянии, т. а. имеет одинаковую конфигурацию внешних валентных оболочек, что возможно при реализации электронных переходов {-»(ей), объяснили пилообразный характер изменения Ео( 2) и продемонстрировали я целом хорошее согласие между теоретическими и экспериментальными значениями Ед. Измеренные для некоторых адси-стем РЗМ-Мо(110) значения В0 качественно повторяют пилообразный вид зависимости Еп'2'. рис. г. что подтверждает справедливость вывода об изменении валентного состоянии атомов РЗМ на поверхности переходных металлов [8].

Наиболее характерной особенностью наблюдавшихся структур в процессе адсорбции атомов РЗМ иа грани Мо(1Ю) является при завершении заполнения монослойного покрытия формирование ГПУ-структуры адсорбата (иногда несколько разреженной, иногда несколько сжатой по сравнению с соответствующей гранью монокристалла РЗМ). Во всех исследованиях структура монослоев (ГПУ) не зависит от структуры адсорбата в металлическом состоянии и коррелирует с достижением работой выхода адсистем своего максимального значения.

Если аналиэяровать образующиеся структуры в субмонословной области концентраций адсорбата, то имеющиеся данные наводят на мысль о систематичности образующихся структур » пределах цериевой и иттриевой групп. С некоторой долей осторожности можно сказать, что для етомов РЗМ цериевой группы, а также О! при концентрациях, соответствующих минимуму работы выхода, характерно образование . структуры с( 1x2) (г»то Ьа, Бш и <3<1; правда, для Бт эта структура наблюдается достаточно далеко за минимумом р), а для иттриевой группы - образование структуры с(1хЗ) (ТЬ, Оу, Ёг и Ьи). которая в большинстве случаев, по-видимому, сосуществует с другими, более плотными структурами.

Независимость величин начальных дипольных моментов р от 2,

имеющая место для большинства исследованных адатомов РЗН на Мо(110), является косвенным доказательством изменения валентного состояния атомов РЗН при адсорбции, так как именно одинаковое распределение электронов на внешних валентных оболочках приведет в пердположенхи равенства плеча диполей к одинаковому зарядовому состоянию адатомов РЗН.

Таиим образом, результаты анализа адсорбционных характеристик, исследованных адсистем РЗН - Мо(110) (в первую очередь характер зависимостей Р0( г), Ео<г) в ряду РЗН) свидетельствуют о косвенном (за счет £-»{ вй) электронных переходов в атомах) участии ¿-электронов в образовании связи атомов РЗН с подложной.

ВЫВОДЫ

1. В условиях сверхвысокого вакуума (1жЮ"10мм рт. ст. ) впервые измерены концентрационные завимости работы выхода и определены значения работ выхода конослойных пленок высокочистых ТЬ, Оу, Ее на грани (110) монокристалла молибдена при двух температурах формирорания пленки. Характер изменения работы выхода от концентрации адсорбированных атомов ТЬ, Оу, Ег на грани (110) Мо типичен для электроположительных адсорбатов.

2. определена величина начальных дипольных моментов адатомов ТЬ, Г>у, Ег на грани (110) Мо. На основании имеющихся данных обнаружено, что величина начального дипольного момента для большинства атомов РЗН на этой же подложке одинакова и не зависит от атонкого номера Z, что в предположении равенства плеча диполей свидетельствует об одинаковом зарядов.ом состоянии адатомов РЗН на грани (110) Мо.

3. Повышение температуры формирования адслоев ТЬ, Оу, Ег приводит к необратимым изменениям работы выхода и начального дипольного момента, что обусловлено внутриадатомными электронными переходами, стимулированными температурой.

4. Наблюдается корреляция между характером изменения работы выхода и энергии связи от концентрации адатомов и последовательностью наблюдавшихся структур адсорбата.

5. В области субмонослойных покрытий структуры ТЬ, Х>у, Ег на грани (110) Мо близки, отличаясь лишь в деталях. Монослойным покрытиям всегда отвечает ГПУ структура, которая соответствует строе-

нии грани (OQQD адсорбата. При этом наблюдается периодичность образующихся структур в пределах цериевой и иттриавой групп.

6. При комнатной темпоратуре подложки для всех исследованных адсорбатов реализуется, по крайней мере в пределах двух монослоьв, послойный механизм роста пленки (Фраина-ван дер Нервэ), тогда как при повышенной температуре подложки рост пленок 11) к Dy происходит по механизму странского-крастаноя»

iiaeM»» т*. Гу. „>■¿«икосптял» ил 1>«ни iiio) Mo

}\,шачльы и испарению вплоть до »1300-1400 К. что свидетельствует о высокой термической устойчивости исследованных адсистем.

8. Обобщенные на основе полученных и инеюиихся данных зависимости Ео( Z) и р0<2) свидетельствуют об изменении валентного состояния двухвалентных в свободном состоянии атомов РЗМ при адсорбции на грани (110) монокристалла молибдена (кроме Sm, Eu, Yb).

ЛИТЕРАТУРА

1. Ведула Ю. С. , Гончар В. В. . Наумовец л. Г., «едорус л. Г. Влияние электронной структуры подложки на свойства металлопле-ночных систем // »из. ТВ. Тела. - 1877. - 19, Н 9. С. 1ВВЭ-1576.

2. Владимиров Г Г., Румп Г. А. Эмиссионно-адсорбционные свойства системы Gd-Mo(llO) // Поверхность. - 1S86. -НЮ. - С. В)-64.

3. Румп Г.А., Владимиров ГГ., Нагкоее ТТ. Совместная адсорбция лантана и гадолиния с атомами бора на грани (Но) молибдена // Поверхность. - 13ВВ, - N Э. - С. 54-58.

4. Nickliri C.L., Binne С., Norris С., McCluskey v., Batt-hes Labrcuss H.-G. Structural study of Tm on Mo(110) ,// Surf. Sci. -1992. - 269/270, pt. В! - C. 700-706.

5. Stenborg A., Bauer E. Ordered structures of Yb and Sm on Mo(110! surface.// Surf. Sci. - 1887, - 189/190, p. 570-577.

6. Shakirova S.A., Shevchenko M.A. Adsorption cf Heavy Rare-earth Atoms on (Oil) and (lll)W Ц Coll. Phyo. - 1939. - C.8, suppl . 11, Tome SO. - С. C8-128 - C8-131.

7. Stenborg A., Bjorneholm 0., Nilason A., Martensaon и., Andersen J.N., wigren C. Valence changes and core-level shifta en Sm adsorbed on Mo(llO) // Phys. Rev.В - 1989. - 40, N 9. - p.5S16.

8. Никулин В. К. , ПотехЕиа Н. Д. Эффект изменения валентного состояния атомов редкозенельных элементов при адсорбции т пера-

ходных металлах // «из. Тв. Тела. - 1978. - 20, N 11. С. 3384-3357-

По теме дяссортацяя опубликованы следующие работы:

1. Плевков В. А., Владимиров Г. Г., Румп Г.*., Шакирова С,*. Адсорбция диспрозия ■ зрбия на грани (110) молибдена // Леп. в ВИНИТИ 16.10.86, N 7301-В88.

2. Плешков В. А. я др.. Адсорбция атомов Er на грани ( 110)Мо // Диагностика поверхк. •• Те?, докл. Всяс. конф. - Каунас. - 1986. -С. 30.

3. Плешков В. А. Владимиров Г.Г., Румп г.А., Шакирова С. А. Адсорбция атомов Dy на граня (llO)Mo // XX Всвс. конф. эня. эл. Тез. докл. - Киев. - 1987. - С. 41.

4. Плешков В. А. , Шакирова С. А., Румп Г. А. Адсорбция атомов try на граня (НО) монокристалла Но // Поверхность. - 1990. - N 10. -с. 16-23.

5. Шакирова С.А., Плешков В.А., Румп Г. А. Адсорбция атомов эрбия на грани (110) нонокрясталла молибдена // Поверхность. '-'„, 1990. - N 11. - С. 40-45. ' . '

6. Плешков В. А., Шакирова С. А., Румп Г. А. "Адсорбция атомов тербия на граня (110) монокристалла молибдена .// Поверхность.

- 1991. - М 4. - С. 34-43.

. 7. Плешков В. А., Шакирова С. А.. Румп Г. А. Адсорбцяя атонов тербия на грани (110) монокристалла молибдена // XXI Всес. конф. эмис. электр. Тез. докл. - Л. - 1990. - 1. - С. 84.

8. Shakirova S.A., Pleshkov V.A., Rump G.A. Adaorption of rare-earth metals (Tb, Dy, Br) on a Mo(llO) surface // Surf. Sei.

- 1992. - 279. - p. 113-118.