Поверхностные электронные состояния в системах Cs-W и Ba-W при субмонослойных покрытиях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ИЛ V К

, ; од

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.Л.Ф.ИОФФЕ

На кранах рукописи

ЛАПУШКИП Михаил Николаевич

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В СИСТЕМАХ С« -- И В а IV ПРИ СУБМОНОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЯХ

/01.04.04- физическая электроника/

А к т о р с ф о р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата фипико-матсматических наук

Сапкт ПсюрПург - 1У'.)Г>

Работа выполнен.г в Физико-техническом институте им. Л.Ф.Иоффе РАН

Научные руководители:

— доктор

физико-математических наук, профессор В.Н.Агсев,

Официальные оппоненты

— кандидат

ф и зико- м ате мати чееких наук Г.В.Бенеманская.

— доктор

физико-математических наук, профессор С.В.Бобашеп,

- кандидат физико-математических наук Л.Н.Андронов.

Ведущая организация -■- Санкт-Петербургский

государственный университет.

Зашита состоится "........... 1995 года в ,/Х^ ча-

сов на заседании специализированного совета Л 003.23.01 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая улица, дом 20.

С диссертацией можно ознакомиться 1! библиотеке ФТИ им.Л.Ф.Иоффе АН д

Автореферат разослан ......Уу..... НИ 15 года.

Ученый секретари, специализированного сонета Л 003.23.01

кан дидат фи шко-ма. I емн'шческих наут-г Л .1 >¡10141 и

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время уделяется пристальное внимание исследованиям процессов адсорбции атомов и молекул па поверхности твердых тел. Основными вопросами являются выяснение природы взаимодействия адсорбата с подложкой, характера адсорбционной связи и механизма формирования границы раздела. Определение типа адсорбционной связи подложка-адсорбат непосредственно связано с исследованием электрогной структуры адсорбциопной системы.

Взаимодействие адсорбированных атомов с адсорбентом приводит к существенным изменениям связанных между собой микро- и макрохарактеристик поверхности: к перераспределению локальной плотности электронных состояний, т.е. к трансформации спектра поверхностных состояний, к реконструкции поверхности, к изменению работы выхода, формы потенциального барьера и т.д..

Наиболее сильные изменения свойств поверхности переходных металлов вызывают субмоносдойные покрытия атомами щелочных и щелочноземельных металлов (ЩМ и 1113 М), обладающими большой поляризуемостью и, следовательно, большим диполь ным моментом.

Лапная тема исследований имеет непосредственное отношение как к фундаментальному, так и прикладному значению для эмиссионной электроники и физики твердого тела.

Наиболее эффективным методом исследования электронных состояний в объеме и поверхности металлов является фотоэлектронная спектроскопия. До настоящего времени для этих целей использовали возбуждение фотоэмиссии поляризованным светом УФ-диапазона. Несмотря на многочисленные попытки, электронные поверхностные состояния (IIC), вызываемые адсорбцией ЩМ и ЩЗМ,обнаружены не были.

Для обнаружения этих состояний нами разработана и использована новая фотоэмиссионная методика.

Целями представленной работы являлись:

- Определение характера адсорбционной связи атомов ЩМ и LH3M с металлической подложкой в диапазоне субмо-нослойных покрытий.

-Установление механизма взаимодействия л— и ;>— поляризованного света с объемом и поверхностью металла и ад-

сорбированными покрытиями.

В процессе работы предполагалось:

1. Провести экспериментальные исследования по обнаружению ПС, индуцированных адсорбцией Сз к Ва пл грапях монокристаллов W вблизи уровня Ферми (Ер).

2.Разработать высокоэффективную методику фотоэмиссионных исследований спектра ПС, которая включает измерение спектральных, поляризационных, угловых и концентрационных зависимостей пороговой фотоэмиссии (ФЭ).

3. Исследовать векторный фотоэффект (ВФЭ) для металла с адсорбированными с у бмон о с л ойш.ш и покрытиями.

4. Определить энергетическое положение поверхностных зон, индуцированных адсорбцией, и матричного элемента возбуждения поверхностной фотоэмиссии (ПФЭ) в рамках модели пороговой ФЭ с учетом локальной поверхностной зоны и возбуждения ее р— поляризованным светом.

5. Создать установку для проведения фотоэмиссионных '«следований.

Объекты исследования.

В качестве подложки мы выбрали монокристалл вольфрама с различными гранями: (100), (ПО) и (111). Выбор W обусловлен тем, что известен его спектр ПС; отработана технология по лучения атомарно-чистой поверхности и нанесения на нее фиксированных и воспроизводимых пленок адсорбатов.

В качестве адсорбатов мы выбрали С'з и Ла, адсорбция которых вызывает наибольшие изменения работы выхода, т.е., указывает на сильное электронное взаимодействие с подложкой. Адсорбция этих элементов является предметом многосторонних экспериментальных и теоретических исследований, а использование плюет большое прикладное значение.

Научная новизна работы.

1. Разработана новая высокоэффективная методика фо 'и/эмиссиош-ы . исследований IIC металлов и субмоиослойлых адсорбциониых покрытии в пороговой области вблизи Ер. Она основана на изучении спектральных, угловых и концентрационных .-»ашнт'.мостек фототока при возбуждении его .5— и р~ поляризованным светом оптического диапазона.

2. Обнаружено различие механизмов возбужденvu: объемНой и кочерх.чоотной ФЭ. Установлено, что а) объемную ФЭ

- О—

вызывают s— поляризованный спет итангепциальная компонента электрического вектора р— поляризованного света; б) ФЭ с ПС вызывает только пормалызая компонента электрического вектора р—света.

3. Впервые обнаружены IIС, индуцированные адсорбцией Cs и Ва na W. В широком диапазоне субмонослойпых покрытий изучена трансформация спектра IIC, включая собственные (СПС) и ипдуцированные адсорбцией (ИПС).

а) Найдена идентичность энергетических зависимостей сдвигов СПС W(1I0) от концентрации Cs и Ва па поверхности, ч то указывает на незначительное влияние электронной конфигурации адатомов на спектр СПС.

б) На всех гранях W обнаружено образование одной зоны заполненных ИПС Сз. В зависимости от концентрации адсообата она расположена в диапазоне энергий 0.1 — 0.4 эВ ниже Bf\

в) Найдено, что адсорбция Ва вызывает образование двух заполненных зон ИПС: высокоэнергетическая зона Е «0.1 эй наблюдается нри 0.2 < в < 0.6, а низкоэнергетическая зона Е » 0.8 эВ при 0 > 0.6.

4. Определен ковалентный характер адсорбциопной сшии при субмонослойных покрытиях Cs и Ва на W .

5. Предложена методика экспресс-анализа адсистем на наличие поверхностных состояний.

6. Предложена методика определения энергетического положения зоны IIС и величины матричного элемента юзбужде-ния ПФЭ в рамках модели пороговой ФЭ с участием локальной поверхностной зоны при возбуждении ее р— спетом.

7. Впервые исследован ВФЭ для металлов с субмонослон-ш.1ми покрытиям и. Обнаружены аномалии ВФЭ в случае р— поляризованного спета, природа которых объяснена с возбужденном ПС.

Практическая значим л-ть работы:

1.Разработана методика исследовании электронной структуры адсистем по концентрационным, углопым, спектральным и поляризационным зависимостям пороговой ФЭ. Она применима Для изучения адсорбции I11M и Ш1>\1 ни |>а ишчн!« металлических и полупроводниковых подложках и разработки чффективных фотокатодон.

'1. Показлнп ик !мо>|;|ки'Ii, он р. • д.-л ,4111 >1 рабчпл им хода (,?)

адсистем с металлическими подложками по спектральным зависимостям фототока при возбуждении в—поляризованным светом.

3. Предложены методики выделения тока ПФЭ из полного

фотогокй .

4. Определены энергетические сдвиги зон СПС граней IV при адсорбции Си (Ва) и найдены энергетические параметры :юц И НС.

5. Показана высокая эффективность возбуждения ПС светом видимого диапазона, по сравнению с традиционно применяемым ультрафиолетовым облучением.

6. Определен матричный элемент возбуждения ПФЭ.

7. Предложена методика экспресс-анализа на наличие ПС.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Методика исследования ПС металлов и субмонослой-ных покрытий в нороговой области вблизи Ер. Она основаыа

а изучении концентрационных, спектральных и угловых зависимостей пороговой ФЭ при возбуждении з— и р— поляризован-, ш.ш светом.

2. Найденные различия в механизмах возбуждения объемной ФЭ и ФЭ с ПС: в—сзет и тангенцальная компонента электрического вектора р— света вызывает объемную ФЭ. Нормальная компонента электрического вектора р— света возбуждает эмиссию из ПС (поверхностную фотоэмиссию)

3 Исследования спектров ПС для субмонослойных покрытий Сз и Ва. Обнаружено, что спектр ИПС непосредственно связан с электронной конфигурацией адсорбата, а влияние подложки на пего незначительно. Модификация СПС завися I от 0 адсорбата и практически не зависит от электронной ::о» фигу ргщии адсорбата.

4. Методика определения энергетического положения максимума зоны П V.

5. Ковалентный характер адсорбционной связи при субмо-поглойнмх 1К крыпшх Си и Ва с IV.

(¡. Исследования ВФЭ для поверхности ме талла с адсорбированными субмо.юслойными иокрьпиилш. Обнаружена прямая корреляция между величиной ПФЭ и лчкалыюй плотно-<чыо поверхностных состояний и алсиогемах. Определенные

значения величины матричного элемента НФЭ.

Апробация работы. Результаты работы доложена па следующих Всесоюзных и Международных конференциях, нн \> лах и симпозиумах: Всесоюзной школе по физике нонерхно-сти (Яремча, 1980 г.); VI и VII Всесоюзных симпозиумах но вторично-электронной , фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии твердого тела (Рлзапь, 1986 г.; Ташкент, 1990 г.); XX и XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 1987 г. ; Ленинград, 1991 г.); Всесоюзной конференции по диагностике поверхности (Каунас, 198(5 г.); VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1988 г.); XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1988 г.); Всесоюзной конференции "Поверхность-89" (Черноголовка, 1989 г.); 10th European conference он surface science (Италия, Болонья, 1988 г.); 1st Internationa] conference "Physics of low-dimensional .structures" (Россия, Черноголовка, 1993 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 8 статей, и тезисы 12 докладов в сборниках трудов различных конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, краткие выводы и список цитированной литературы. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 45 рисунков и 3 таблицы. В списке цитированной литературы 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель работы, приведены основные защищаемые положения, обоснована научная и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации представлен критический обзор экспериментальных г теоретических работ но исслсдо-нанию электронной структуры монокристаллическп.ч гранен W с чистой поверхностью и адсорбционных систем: субмо-нослойпая пленка щелочного (щелочноземельного) металла -металлическая подложка.

Приведены общие сведении о теории Ф'-) и, и частости, пороговой Ф'').

А на лиз ¡-же нерп ментальных и тоорети ч<чч, их цгсл<-,1< / наши'«

показал, что уменьшение энергии возбуждения приводит к возрастанию фотоэмиссионного сигнала от IIC. Это связано с тем, что матричный элемент поверхностной ФЭ увеличивается с уменьшением энергии квантов. Л ля получения максимального сигнала от ПС выгод1 о иметь минимальную энергию квантов возбуждения, перейдя в пороговую область возбуждения.

В конце главы сформулирована задача диссертационной работы.

Во второй главе описаны экспериментальная установка и разработанная методика фотоэмиссионных исследований IIC.

1. Установка длп проведения фотоэмиссионных исследований создана на базе УСУ-4. Мопокристаллические подложки из W (грани (100), (110) и (111)) размером 10 х 10 х 0.25 мм помещены в центр высоковакуумной камеры (рабочее давление не хуже 1.5 • Ю-10 Торр). На образец наносили субмоно-слоиные покрытия (0 < 1) Са или Ва из стандартных испарителей. Возбуждение ФЭ производили под углом т = 45° я — и р— поляризованным светом. Использовали лазерное излучение и диапазоне Л = 337 — f>7fi им (3.68 — 1.84 вВ); и монохро-' магический спет от лампы накаливания КГМ-100 в диапазоне Л — 350 — 5)00 нм (3.54 — 1.34 эВ) мощностью не более 1 мВт. Угловые зависимости фоготока регистрировали при возбуждении лазерным светом под углом f — 0° -г 78°. Измерялся интегральный фотоэмиссионный ток.

Лля выбранных адсистем Си - VV(J00), О'.ч - IV(110), Cs W(lil) и В а - W(110) исследованы следующие зависимости фототока при возбуждении «- и р—светом:

а) Концентрационные зависимости фототока 1,(0) ири не-пререрывном напылении адсорбата (0.1 < 0 < 1.0) и 1Р[0), приведенные i; одинаковой интенсивности снеговых потоков.

б) При фиксированном покрытии адсорбатом 0 — ron.it:

i) спектра;,.,пые зависимости фототока /.,('///)и /,,(/"<■), приведенные к одинаковому количеству надаюших квантов,

ii) углов' 'о. зависимости фототока /,,(7)11 1,{у){ только дли системы О И'(1 К))), приведенные'К /(0й) /,(0") " /,,(•'"),

2. I'afioiy выхода у он[>еделяли по формуле Фаулерп:

/,(/"')- /1- (hv- i?)'2, (1)

где .1 пос юнннан.

Степень покрытия 0 находили по нремопи напыления ад-сорбата:

0 = i-Ömi„//mi„, (2) где I - нремя напыления, <„„■„ - время напыления, соответству ю-щее достижению минимальной адсистемы, ко торое совпадает с временем достижения максимального фототока I,- Времена достижения максимумов ({»ото- (при возбуждении я—спетом) и термо- (соответствующего минимуму <р(0)) токов совпадали с точностью до 1 %.

D третьей главе диссертации изложены результаты исследования концентрационных зависимостей фототоков яри возбуждении л— и т>—поляризованным светом, 7,(0)и 1Р(0).

Найдено, что все измереннные зависимости /„(0) имеют колоколообразную форму и отражают ход зависимости ip(0). .ч—поляризованный свет возбуждает только объемную ФЭ (рис. ]а). матричный элемент объемной фотоэмиссии Mvot (0) = const и спектр объемных электронных состояний ври адсорбции не изменяется.

Обнаружено, что фототоки Jp{0)и 7,(0) различны по форме и интенсивности и 7,,(0)нсегда больше 1,{0). Максимумы »тих зависимостей не совпадают. Показано, что отличия фототоков 1р(в)от 7,(0)связаны с ПФЭ, возбуждаемой нормальной компонентой влектрического вектора р— свеча ¿'i. Для доказатель-слна проведены дна эксперимента, в которых изменяли величину ¿' 1 двумя сюсобами: путем изменения угла ппл.чшя света 7 (при его уменьшении соответственно уменьшается и неличина ¿'j) и вращением плоскости поляризации возбуждающего излучения пластиной Л/2 (максимальнан величина соответствует р—свету, а ¿\ — 0 а — свету).

Предложены дне методики выделении тока /, поверхностной Ф'): В нерпой методике дли чтого используется разность фототокон:

/.С) = /,,(0)-« ■/,(<>), (■!)

где о - коэффициент, равный отношению коэффициентов поглощении ¡>— п л'-полнрнзонпшюго света. Для IV it видимом диапазоне о ^ 1(H). Ток IIе!1'-) всегда бо/IUII'4 тока объемной «I»*-». ''lol |>е ty.ll. I Д I получен д.Ill llfex ;i ll'lini'M II '.Hi'plltii 1ммГ|\ Л.ДеМИИ, исключением III' - .'! (iS .15, дли bolop.rii IM'1» При

- 100 > 0.2 не наблюдается. Однако эта методика имеет один недостаток: на фототок Доказывает влияние цз(9). Более информативном оказывается вторая методика, основанная на нормировании фототока Тр(0) на 1, (0):

1Р(0)/Ш=Г1(0)/Ш + <*> . (4)

где 1Р/1, с точностью до q соответствует ПФЭ, нормированной на эмиссию из объема подложки, этим исключается влияние <р(в) на ^Пример зависимости Tp/i, приведен на рис.2.

Проведенные исследования отношения 1р/1, в широком диапазоне покрытий для 10 возбуждающих лазерных линий позволили выявить следующие диапазоны изменения ПФЭ для всех адсистем: диапазон I - 6 < 0т,„ — 0.1, ПФЭ уменьшается с ростом 0; диапазон II • 9min — 0.1 < в < 9т{п, ПФЭ постоянна; диапазон III - 9 > 0mi-„, ПФЭ резко увеличивается с ростом 0.

Как было отмечено выше,изменение в не влияет на плотность объемных электронных состояний подложки, т.е. изменение ПФЭ связано исключительно с модификацией плотности 11С около

Эти результаты позволяют предложить методику экспресс анализа на наличие IIC, заключающуюся в регистрации 1р(0) и /, ((9) при одной энергии квантов с выделепием ПФЭ по формуле 1. Если 1р/1, > о, то эмиссии происходит с ПС.

D четвертой главе приведены результаты исследования спектральных зависимостей I(hv) при возбуждении адсистем и II— поляризованным светом и спектры поверхностных состояний адсистем.

Зависимость фототока /, от энергии возбуждения hv подчиняете); : акону Фаулера (ф-ла 1). Матричный элемент возбуждении объемной ФЭ Мvoi (hi/) = const и не зависит от в. Следовательно, из /,((?)можно определить <р(0). Полученные данные хорошо совпадают с известными н литературе [1].

Сиектпаль.шс зависимости lT,(hv) о тличаются от l,(hi/) но ¡'орме и тггсисшшос i n как и н случае концентрационных заии-.'имосчей фо-чпоьов. Огличня вызваны наличием нормальной компоненты '»лекi рпческого вектора р~света. Лля выделения II1!''-) мы использовали ранее изложенную методику (ф-ла 4).

13 с пек i ре ПФЭ при адсорбции С'ч на. IV обнаружены 2 максимума п их трансформация с изменением 0 (рис. Л) При ма-

лых в < 0.4 в спектре 1р/1, наблюдается один широкий (Г = 0.4Г> эВ) максимум А при /и>=2.70 эВ Увеличение покрытия нриво-дит к исчезновению максимума Лик появлению нового узкого (Г = 0.2эВ) максимума В при 1и/ = 1.76 эВ, интенсивность ко торого резко возрастает с увеличением 0.

Аналогичное поведение максимумов А и В прослежено при адсорбции С$ па других гранях \У.

Другая трансформация спектра ПФЭ обнаружена при адсорбции Ва па IV. В этом случае,кроме максимума А,были обнаружены двА максимума В\ и ВМаксимум В± (ки — 2.0ЙэВ) наблюдается в диапазоне покрытий 0.40 < 0 <0.6 , а (Ни ----2.50 эВ) при покрытиях 0 > 0.60 .

Анализ спектров 1р/1, позволил разделить влияние на них подложки и адсорбата. Энергетическое положение максимума В при адсорбции Сз на разных гранях IV не зависит от кристаллографии XV и его интенсивность возрастает с покрытием. При адсорбции Ва в спектрах наблюдаются максимумы В\ и В2 с отличными от В энергиями. Положение максимума А при адсорбции Сз и Ва на одной грани 1У(110) одинаково и не зависит от 0. Положение максимума А при адсорбции Си на различных гранях IV разное. Мы связываем максимум Л с возбуждением СПС вольфрама, а максимумы Д,- с возбуждением ИПС цезия и бария. Нами обнаружена Сз—зона, которая не была пайдена ранее [2].

Мы обнаружили два эффекта, которые невозможно объяснить в рамках классической теории пороговой ФЭ:

1. Возбуждение ПФЭ только нормальной компонентой ■электрического лектора р—поляризованного света.

2. Проявление в пороговой ФЭ зон ИПС, которые не видны при УФ-возбуждении.

Для объяснения 'н их эффектов нами использована модель пороговой ФЭ с учетом ПС и механизма взаимодействия р— спета с ПС.' [.Ч]. Она основана на современных представлениях об электронной структуре поверхности металлов.

На границе паку ум-металл (рис. 1а) имеется двумерная зона ПС с положением Ь\> максимума р(Е) относительно Ер*. На границе .чнч ал л-вакуум происходит резкое и шенение диэлек-1 ричсс.кой проницаемости (рис. 16) е от значения е — ¿„„.¡,;( до шчченнн -- -:: 5. ,.„„,,, гв Г) на расстояниях 1 -г 2 Я'ЮМИМХ слан

от поверхности [4]. Нормальная компонента р— света также изменяется на этих расстояниях. Компоненты ¿"2 (« — света) и ¿*з (р— света) остаются практически постоянными, не изменяются на расстоянии порядка глубины выхода фотоэлектронов (~ МОЛ). Поэтому ноле ¿\ пблизи поверхности, где расположена поверхностная зона н | етсы | раз больше, чем н объеме металла (для ]У и оптическом диапазоне | £\у | | и 15), и больше тангенпальных компонент. Следовательно, адсорбат может вносить основной вклад в фототок 1р, хотя толщина его слоя много меньше области возбуждения объемной ФЭ. Эта модель объясняет вышеуказанные эффекты пороговой ФЭ.

П УФ-диапазоне возбуждения (Лу > 20 эВ) £,ПеШ близка к 1 и поэтому вклад Г1С н фототок крайне мал.

В рамках рассмотренной модели нами была предложена методика определения энергетического положения Л0 максимума р(К) поверхностной зовы относительно Еу\

= <р - Ле„т1, (5)

где 1и>шит - положение максимума в спектре 1р/1, . Определенное значение М0 зоны СПС для системы Ся — 100) совпадаете полученным н [2] с точностью до 5 %.

Концентрационный сдииг Са-зоны на всех гранях IV практически одинаков (рис. 4). Наибольшая глубина залегания Са-зоны наблюдается п|)и покрытии,соответствующим достижению Такое поведение Ся—зоны на всех подложках указывает па коиалентнмй характер адсорбционной связи.

При адсорбции Ва на И7 обнаружены две зоны И ПС. Зона (/У,) с 1<]ц[ = —0.2эИ появляется при 0 > 0.35, сдвигается в сторону Л'/.' при 0 > 0.50, т.е. при этих покрытии*, связь также коналонтнан. II|>и покрытии 0 — ОЛИ) зона пересекает ЛУ, что указывает на метал л и зацию аде л он Ва. Зона В2 формируется при 0 > ОЛИ) при -- —О.ОэВ . Увеличение 0 приводит к ее сдвигу вниз от /','/••. (при монослое 1'1ц.г ~ --1.0 эВ). Данные ■»|;спери.ментал1.иые ре.чультаты хорошо коррелируют с расчетами локальной плотности поверхностных состояний /'(/'.) в адсорбированном слое На на И'(| 10) для субмонослойнмх покры-|И11 (I/ — ().'1-:-0.Н [Г.] и изолированно!-!» монослоя На [(;], ко'юрме ук.'мыннют на наличие одной «анолненноп .(они (/¿О ниже /у, имеющей <//)— х а ракзер I ибрм ди (аппп. Найденное нами шаче ни«- г— -1),(!.г> .В при () -. | хорошо совпадает с рассчитан

ими. Зона 1)i, расположенная при 0 > 0.f5 ш.ипе Ер, скорее всего, обладает ds— характером гибридизации.

В пятой гл*ше изложены результаты исследования векторного фотоэффекта В системе Ся - W(I10).

Впервые для адсорбционных систем с субмонослойными покрытиями исследован ВФ'г), т.е. различие угловых завис;i мостей фототоков (7) и 1, (7).

При возбуждении адсистемм л—поляризованным светом независимо от внергии возбуждения (hi/ — ] .06 эВ и hv — 3.(58 нВ) угловые зависимости фототока I, при всех в одинаковы (рис. 5) и адекватно описываются поглощенной мощностью Nг(у), рассчитанной по формулам Френеля. Это подтверждает известный факт, что а—спет возбуждает обь'-мную ФЭ.

Напротив, угловые зависимости фототока /Р(7)при возбуждении р—спетом существенно .зависит от концентрации адсор-бата, а корреляция между Np(y) и 1р(у) отсутствует.

Для низког)не|)тезическото возбуждения неличина Л/(7) = Ыт), характеризующая ВФгЗ, уменьшается с увеличением 0 до минимального значении при Wmi„ = 0.(51 и резко во j-растает при дальнейшем увеличении 0. При нысокоэнергети-ч<'ском возбуждении наблюдается другая картина поведения АЦу): в диапазоне 0.3 > 0 > 0.2 А/(7)уменмпае'1ся с jjoc.tom 0, а при дальнейшем увеличении покрытия Л1(у) = const.

С точки зрения классического описания ВФг), аномальной является сильная чувствительность величины ВФЭ Д/(7)к из менепию ('я— мокры тин и энергии возбуждения hi/.

Л ля объяснении полученных ¡результатов предлагается новая трактовка природы ВФ-), которая заключается в том, что при наличии ПС, расположенных вблизи Л'/.', происходит их возбуждение? р—слетом. Изменение локальной плотности ПС приводит к изменению неличины матричного элемента IIФЧ), Л-/,иг и, следовательно, 1С изменению А[(-)). Т.о., при наличии ПС паб'полаются аномалии ПФ'), а при их отсутствии ВФЧ) описывает классическая теория пороговой Ф'->.

Из угловых зависимостей /г(у)и /,(7) можно определить величину о [ ношения матричн|>1х элемен тов поверхностной (Л/,„г ) и обз.емпой (M„,,i (/' i>, (!) — count) (I' '->, как -по Слало показано выше). Мы получили М,,lT/M,,„i, следуя развитой в [t] ге-<>рпи пор<.| oiioii <!>'-). |'асче| М tur fM,,,,i был проведен для hi' —

I.Wi >Н. Получено, что неличина отношения M,ur/Mvot от в коррелирует с изменением отношения Ipjl, для той же энергии возбуждения. Малые значения Mlur/Mvoinpii в < связаны c. возбуждением CTIC вольфрама. Резкое увеличение M,ur/Mvoi при 9 > 0min вызвано с образованием и ростом р(Е) зоны поверхностных состояний Cs вблизи Ер.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые для адсорбционных систем Cs - W(100), Cs - №'(110), Cs - W(lll) и Ва - W(110) экспериментально исследованы концентрационные 1(9), спектральные I(hv) и угловые 1(у) зависимости пороговой ФЭ и их модификация при изменении субмонослойного покрытия. Обнаружено качественное различие зависимостей фототоков при возбуждении s— и р -поляризованным светом.

2. Показано, что s—поляризованный свет возбуждает только объемные электронные состояния подложки; плотность этих состояний не изменяется в процессе адсорбции.Определена зависимость <р(0).

3. Обнаружено, что поляризованный свет возбуждает как объемную, так и поверхпостную ФЭ. Предложены методики выделения ПФЭ. Показано, что ПФЭ возбуждается только нормальной компонентой электрического вектора р— света.

4. Разработана методика изучения ПС, расположенных вблизи и ниже Ер. Предложена методика экспресс- обнаружения IIC.

5. Разработана методика определения энергетического положения ПС и матричного элемента ПФЭ в рамках модели пороговой ФЭ с участием локальной зоны IIC, учитывающая резкое изменение диэлектрической проницаемости на границе металл-вакуум именно в той пространственной об асти, где локализованы IIC.

0. Обнаружено образование зон IIС, индуцированных адсорбцией Cs и Ва, на W, а также динамика их изменения с ростом покрытия. Показано, что

а) спектр ИПС адсорбата определяется его электронной структурой и слабо зависит от кристаллографии подложки. 'Гак, в случае адсорбции щелочного металла (С\ч) наблюдается одна зона ПС вблизи Ер, а в случае адсорбции щелочноземельного металла {Btt) - дне зоны.

- Г"'

б) эволюция спектра СПС подложки при изменении 0 слабо зависит от природы адсорбата.

7, Определен коналентный характер адсорбционной связи при субмонослойпых покрытиях С я и В и на IV.

8. Впервые для случая субмонослойпых адсорбирован яых пленок на металле исследован 1!Ф'->. Найдена, корреляция между электронной структурой адсистемы и величиной IЫ>'->. Выявлена природа ВФЭ. Определена величина матричного элемента ПФЭ

р-п 0/^9 РИЗ А^ ид

1Р со

слс ипс

Рис. 1. а) Схема адсорбции и возбуждения фотоэмиссии л— и р—поляризованным светом, б) Схематическое изображение изменения £те1Ы — е' + *е" на границе металл-вакуум.

0.0 ' 0.5 1.00

Рис. 2. Концентрационные зависимости отношения 1рД: 1 - К) =1.92 эВ; 2 - Ы=1.9«эВ; 3 - Ьу'=2.81эВ; 4 - Ь?=3.68аВ.

40 30 2010

1.4 2.2

Рис.3. Спектральные зависимости отношения 1Р/(5". 1 - 0 =0.2; 2 ~ О =0.5; 3 - 0 =0.65; Ф - О =0.95

Рис,4. Зависимость энергетического положения ИПС Cs при адсорбции Cs на W: 1 ~W(100) 2 - W(110); 3 - W(m).

1 I 1 1 I .1 1 о" 30е 600 V Рис. 5 Угловые зависимости ls( is) 15) м lp(i ) дпа покрытий: 1 - G =0.61; 2-е =0.77;3 - <? =0.86: 4 - б =1.00.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Венеманская Г.В., Ланушкин M.II. Поляризациотпая зависимость фотоэмиссии электропов системы W(] 10) - Ва при субмонослойных покрытиях. - Письма в ЖЭТФ. 1985. Т. 41. N JО, О. 432-434.

2. Венеманская Г.В., Бурмистрова О.П., Ланушкин М.Н. Формирование днумерных электронных зон и системе И^ПО) - Ва при субмонослойных покрытиях. - ФТТ. 1987, Т. 29. N ß. С. 1(>1(М(>Г)1.

Венеманская Г.В., Ланушкин М.Н. Поверхностные электронные состояния субмопослойных пленок Cs на гранях (ПО) и (100) W. - Письма и ЖЭТФ. 11)87, Т. 4Г>. N П. С. 423-425. 1. Венемаиская Г.В., Ланушкин М.Н. Аномалии векторного фотоэффекта системы IffllO) -• Cs при субмопослойных мокры тинх. - Письма в ЖЭТФ. Н>8!). Т. 49. N 9. С. 515-517. 5. Неметп;i[i.-.k;jy;i (i.V., Hurmisf.rowa О.L'ipiishkin M.N. Kleet.ron-

х - 17-

ic surface states of submonolayer Ca and Ba films on (100), (1.10), (111) W. - Phys. Lett. A.1989. V. 137. N 3. P. 139-143.

6.Венеманская Г.В., Бурмиггрова О.II., Лапушкин М.Н. Элек тронные состоянии на поверхности металлов с субмонослойны-ми покрытиями. В сб. Основные результаты научной деятельности (989/90 Ф'ГИ АН СССР . - г. Ленинград:!»»!. С. !2И-Ш.

7.Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Спектры поверхностной фотоэмиссии системы IV(llO) Вн. - Письма я ЖЭТФ.1993. Т. 58. В. 9. С. 730-733.

8.Beriemanskaya G.V., Lapushkiu M.N., Urbakh M.I. Surface states of submonolayer metal films studied by polarised light photoyield spectroscopy. - Phys. Low-Dim. Struct." 1994. V. 4/5, P. 13-18.'

9. Венеманская P.В., Лапушкин М.Н. Поверхностные электронные состояния Ва и Сз на грани W(110). - Всесоюз. .школа по физике поверхности. Тез. докл., Черноголовка. 1986, С. 57.

10. Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Влияние поляризации фотовозбуждения на эмиссию электронов с грани 1У(110) при субмонослойных пленках Ва и C's. - VI Всесоюз. симп. по вторично-электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии твердого тела. Тез. докл., Рязань. 1986, С. 74-75.

11. Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Проявление поверхностных состояний системы W(110) -- Ва в фотоэмиссии при поляризованном возбуждении. - Всесоюз. копф. но диагностике поверхности. Тез. докл., Каунас. 1986, С. 33

12. Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Электронные поверхностные состояния, индуцированные адсорбцией Сз па IV(100) и (110). • XX Всесоюз. копф. по физической электронике. Тез. докл., Киев. 1987. Т. 1. С. 80.

13. Бенемансклн Г.В., Лапушкин М.Н. Роль поляризации и длины волны све та в возбуждении поверхностных электронных состояний, индуцированных адсорбцией С'з на гранях вольфрама (Ш), (110) и (100). ■ VII Всесоюз. конф. но взаимодействию огп ического излучения с вещес твом. Тез. докл., Лепипграл. 1!>Х8. С. Л17.

II. Ьонеманскаи С.И.. Лапушкин М.Н. МодшЬнкацкя спектра иовсрхносI них состояний монокристаллических гранен (100). (ПО) и (111) вольфрама при субмонослойных покрытиях. - XX Всесоюз. ст,е ¡а но спек 1 роекопии. Тг s. докл. Киев. 19,48. Ч. 2.

15. Benemanskaya G.V., Burinistrowa О.P., Lapushkin M.N. Surface electronic states of submonolayer Cs and Ba films on W (100), (110) and (111) faces.-10th European Conf. Surf. Sci.. Italy, Abstracts, P. 100.

16. Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Модификация электронных состояний поверхиости при субмонослойных покрытиях Ва или Cs. - Всесоюз. конф. "Поверхность-89". Тез. докл., Черноголовка. 1939, С. 88.

L7. .Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н. Аномалии векторного фотоэффекта при наличии двумерных поверхностных состояний. - Всесоюз. конф. "Поверхность-89". Тез. докл., Черноголовка. 1989. С. 18а

18. Венеманская Г.В., Бурмистрова О.П., Лапушкин М.Н. Электронные состояния на поверхности металлов с субмоно-слойпыми покрытиями. - УП Всесоюз. симп. по вторично-йлектроннои, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии ^твердого тела. Тез. докл., Ташкент, 1990. С. 83-84.

19. Венеманская Г.В., Ланушкин М.Н., Урбах М.И. Пороговая фотоэмиссия при наличии двумерных электронных состояний. - XXI Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике. Тез. докл., Ленинград, 199L Т. 2. С. 24.20. Benemanskaya G.V., Lapushkin M.N., Urbakh M.I. Surface states of submonolayer metal films studied by polarized light photoyield spectroscopy. - 1st Int. Conf. "Phys. of Low-Dimensional Structures". Abstrats. Russia. Chernogolovka. 1993. P.93,

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фоменко B.C. Эмиссионные свойства материалов. - Киев: Лаукова Думка. 1985.107 с .

2. Soukiassian P., Iliwan К.., Lecante J., Wirnmer Е., Ohubb S.R., Preen I: и Л.J. - Phys. Rev. В 1985. V. 31. N 8., P.4911-4923.

3. Венеманская Г.В., Лапушкин М.Н., Урбах М.И. - ЖЭТФ. 1992. Т. 102. В.5(11), 1664-1673.

4. Бродский А..М., Урбах М.И. Электродинамика границы металл/алектролит. - Москва: Наука. 1989. 296 с.

5 Венеманская Г.В., Бурмистрова О.II., Ланушкин М.Н. -

Ф'Г'Г. 1987. Т. 29. N С. С. 1646-1651.

(!. Wiiinnei Е. - J. Phys. F 1984. V.14. N 3, Р.Й81-690.