Взаимодействие изотопов водорода с основными гранями вольфрама и молибдена при низких температурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

НАЩОНАЛЬНА академ1я наук укра1ни 1нститут ф13ики

Нд правах рукопису

ЛУЦИШИН Павло Павлович

взлемодт 1зоюп1в водню з оснсвними гранями

вольфраму та мол1бдену при низьких температурах

01.04.04 - фЬична електрош'ка

Автореферат дисертаци на здобуття вченого ступени доктора фшко-математичних наук

ки1в - 1996

Роботу виконано в (нсгитут! фЬики HAH УкраТни.

Дисертац1я е рукописом.

Офщшж опоненти:

Академж HAH УкраТни,

доктор фЬико-математичНих наук,

професор Находюн Микола Григорович

Член-корреспондент HAH УкраТни, доктор фоико-математичних наук, професор Наумовець Антон Григорович

Доктор ф|'зико-математичних наук, професор Стасюк Зеновж Васильевич

Пров1дна оргашзацЫ:

Ужгородський державний ужверситет

Захист дисертаци ввдбудетьсй / 7 -л и штат 996 року о 15 годин! на засщьлж спецтлЬованоТ вченоТ ради Д 01.96.01 при 1нститут! фпики HAH УкраТни за адресою : 252022, МСП, м. КиТв-22, пр. Науки, 46.

3 дисерта^ею можна ознайомитись у б!блютец! 1нституту фЬики HAH УкраТни.

Автореферат роз!сланий " ' и " 'ЧиУ <с Щ ИЛ- 1996 року

Вчений секретар спец1а;пзосаноТ вченоТ ради кандидат фЬико-математичних наук

В.А. 1щук.

' вступ. загальна характеристика роботи.

Актуальность темн. Еивчення адсорбцн ¡зотошв водню на мо-нокристалшних зразках вольфраму та мсшбдену було розпочато в 60-т1 роки продовжуеться по сьогодшшнж день з використанням самих сучасних високочутливих методик.

Особливий ¡нтерес, в основному, викликае вмсока розчинж'сть ¡зотошв водню в деяких металах, достатньо високий коефщ1ент об'емноТ та поверхневоГ дифузн, можяив|'сть ¡снування тунельних ефектт в пятках цих адсорбалв, ефект водневоТ крихкост!, пробле-ми його запоб!гання.

Водень, як адсорбат, займае особливе м1сце в фЬиц1 поверхж ¡з-за ужкальносл його фЬичних властивостей, суть яких полягае в дуже малому розмф1 та практично сферичшй форм! молекули, ¡снуванш двох стаб1пьних ¡зототв, ям в1др1зняються по мао' вдв1ч1, дуже мал1й електронжй густи ш', можливосп дисоцтцп на атоми (енерпя дисоц1аци ~ 4,4 еВ).

Можна було б сподтатись, що вивчивши адсорбцжж властиво-сп такого "простого" адсорбата як водень, можна буде зрозумгги законом1рносп адсорбци бтьш "складних" адйорбатш. Однак це не так.

Хоча на поточний момент нагромаджений достатньо чисельний експериментальний теоретичний матертл, повноТ ясносп про взае-модмо водню з ловерхнею твердого тта иемае. Перш за все це сто* суеться взаемодн ¡зотогмв водню з поверхнею метал1в при низьких температурах, якж 1 присвячена дана робота. Викликае ¡нтерес ряд проблем.

Серед них сл1д в1дзначити роль передадсорбцжних стант в процесах низькотемпературно! адсорбци, в кжетиф угворення двояи-(■»нрноТ впорядкованоТ моношаровоТ хемосорбопаноТ сЬазн.'

Опублкована значна кшьк1сть теоретичних робгг присвячених процес росту таких фаз. Проте експериментального пщтвердження ¡снувэння такого процесу не ¡снуе. Це, в значим М|'р|, пов'язано з труднощами експериментального виявленья I вивчення лередстажв, Ух стабЫзаци, а також вибору методу фшсацй* рост у двовимфноТ впо-рядкованоТ хемосорбованоТ фази. Пщ стабшЬацшю розумтоть шдви-щення часу життя предстаже (коцентрацн) ¡з зниженням температури.

Привертае до себе увагу 1 можливкть ¡снування квантових ефектш в процесах його поверхневоТ дифузи при низьких температурах (причому перевага може бути на боц| молекулярного водню, що мае меншу енерпю зв'язку з тдкладкою). На сьогоджшжй день ¡с-нують експериментальж роботи, щс як шдтверджуготь факт ¡снування тунельчоГ дифузи атомарного водню так ! заперечують його. Даних по дифузи молекулярних ¡зотол1в водню на сьогоджшжй день не ¡снуе. Тому дослщження таких процесш за допомогою ¡нших методик представляв значний ¡нтерес.

Значний ¡нтерес дослщниюв пов'язаний також ¡з взаемод!ею ¡зотопт водню з гранню (100) вольфраму та мол1бдену. Це стосуеть-ся можливоУ учасл Ух в процеа низькотемпературноТ структурно?-пе-ребудоеи поверхн!, ролг передасорбц!йних стажв в кжетиф низькотемпературноТ адсорбци та ¡н.

Адсорбоваж П11вки ¡зотогп'в водню на металах при низьких тем-петарурах е слабкозв'заними системами, а тому при Ух дос/ндженн! важливо не вносити в них збурень.

Теоретичж дослщження Анреева [1] Гр; 1а [2] показали, що за певних умов ¡снуе експерииентальна можливгсть дослщження симет-ри поверхн! з допомогою власних електрожв провщносп Металу.

Систематичне дослщження нами явищ, статичного скш-ефекту ] осциляц'|й Зондгеймера, в яких виявляеться характер взаемоди власних електрожс проощносн з поверхнею металу, дозволило викори-

стати Тх в якосл неруйшвних методт досл1дження адсорбцжних явищ на поверхж металт при низьких температурах.

Виходячи 3i сказаного формулюеться мета роботи.

1. Дослдакення кореляцж м|'ж характером вщбивання електро-

HI3 пров1дност1 i атомною структурою noeepxHi метал^них кристалт

для експериментального тдтвердження визначного впливу трансля-

цшноТ симетрп на характер вщбивання електрожв, а також досл1д-f •

ження електронно-дфкових перехода з погляду Тх впливу на кшетич-Hi властивосп тонких металнних зразюв.

2. Використання неруйншних методт досшдження поверхж металт, що базуються на явищах статичного сюн-ефекту й осциляцж Зондгеймера i проявляються в характер! взаемодм власних електрожв з поверхнею, для досл^дження «¡нетики утворення двовим!рно( впорядкованоТ субмоношаровоТ хемосорбованоТ фази адсорбованих газ!в i рол1 передстажв в цьому процеа, також процесш перебудови гранично!" атомноТ площини металл, характеру поверхневоТ дифузи адсорбатш, можливосл прникнення Тх в об'ем металжних кристалт.

3. Дослщження процест поверхневоТ дифузГТ атомарних i моле-кулярних ¡зотошв водню на поверхж металу (на приклад! W(110)).

Об'скти досл/дження. Роботу присвячено дооидженню коре-ляцщ мЬк характером в!дбивання електрожв провщносп i структурою noeepxHi, а також можливостп реалЬацГТ електронно-д|'ркових перехо-д1в для ряду адсорбцжних систем (W(110)-H2, 02, Ag, W02; Мо(110)-О2), промЫних стант i Тх рол1 в процесах утворення двовим^рних впорядкованих хемосорбованих фаз на приклад! систем (W(110)-H2, D2; Mo(110)-H2, D2), поверхневоТ дифузи молекулярних i атомарних ¡зотожв водню на цельно упаковажй rpaHi W(110), а також можливоТ дифузГТ boTonis водню в об'ем металу на приклад1 системи W(100)-D2. Вперше для под.оних дослщжень були застосоваж иеруйжвж ме-

тоди дослщження, що базуються на двох розм1рних ефектах — статичному скж-ефекл та кра.них осциляц'тх Зондгеймера. При пояс-ненш i уэагальненш одержаних даних використано результати дослщ-жен1|, виконаних ¡мшими досгмдниками з /•■>помогою ¡нших методик.

Науксва новизна результатов роботи полягае в наступному:

1. Розроблена орипнальна методика отримання об'ективних даних про атомну структуру поверхж при вивченш розаювання елек-трон;в пров'|дност1 на поверхж метал1в.

2. Експеримснтально вивчеж кореляцп м1ж характером вщби-вания електрожв пров!дносп i структурою поверхж для багатьох ад-сорбцшмих систем, яю св;дчать про вмзначальний вплив трансляцтноТ симетри поверхж на розсповання електрожз npoeiflHocTi, доведена днфракц|йма природа взаемоди власних електрожв пров1дност'| мета-лу з поверхнею, а також показано, що в залежносп В1д трансляцшноТ симетри noeepxni, або opieHTauii двовим!рного адсорбованого шару можуть реалЬувагися електронно-д|'ркош' переходи, яю суттево змен-шуюгь поверхневу пров!джсть в умовах ¡снування статичного сюн-ефекту.

3. Встановпемо, що адсорбцт ¡зотогмв водню на щшьно упако-в; их гранях W(110) i Мо(110) при низьких температурах е багатосту-пеневий процес, який включае в себе сгад1ю проммних cTanie. HaeiTb при Tg = 4,2 К мо-екули ¡зотошв водню, яю' знаходяться в пром1ж-них станах, мають помяну поверхневу рухлив'сть. Енерпя активацм цих процеав надзвичайно мала. Ця поверхнева рухливкть полягае в мкраци extrinsic молекул по другому шару нат хемосорбованими частниками.

4. Показано, що поверхнева дифузт молекулярних i атомарних потогив водню на щ1льно упакованих гранях W(110) i Мо(110) носить активацшний характер, не виявлено Дифузм дейтер'/ю в об'ем криста-лу вольфраму при низьких температурах.

Практична ц1нн1сть роботи. Результата дисертацшноТ роботи мають важливе значения для бЫьш глибокого розумжня лрйцеав розаювання електронт пров!дносп поверхнею металт, а також' по-глиблюють науков1 знания про процеси впорядкування адсорбованих uuapie з участю проммних стажв. KpiM цього в дисертацжнш робот1 сгатичний скж-ефект та крапп осциляцм Зондгеймера знайшли свгй розвиток як hob'i методи досл'|дження симетрм двовимфних адсорбованих liiapie i ix впорядкування з участю пром1жних стажв, а також перебудови чистих поверхонь металиних кристалЬ, або тд впливом адсорбцГТ.

Висновки диЬергацп вщносяться до фундаментальних питань ф|зики noßepxni металт i можуть бути використаж в Ф1зико-техжчно-му ¡нститут! низьких температур HAH УкраТни (м. Харкт), Донецько-му фЬико-техжчному жституп HAH УкраТни, а також ¡нших наукових центрах краТни при дослщженж поверхневого розаювання електро-Hie npoeiflHocTi в металах, а також в унтерситетах УкраТни при викладанж Kypcie ''Електронна теорж метал!в", "Мтроелектронжа", "KpioreHHa електрожка", "Ф1зика низьких температур".

Достов/рш'сть наукових результат/в роботи визначаеться ви-користанням технжи надвисокого вакууму, експериентальних зразюв високоТ чистота, чутливоТ репстрацжноТ техжки, а також вщтворюва-жстю експериментальних результат^.

На захист внносяться там науков] твердження:

1. Проведено систематично досл1дження яви;да статичного скж-ефекту в кристалах W i Mo рЬноТ кристалограф|чноТ ор1ентацн. За-пропоновано використання явища статичного сюн-ефекту для вивчен-ня характеру взаемодн електрожв провщносп з поверхнею металш.

2. Експериментально показано, що електропров1джсть чистих металевих монокристалш з досконалою структурою суттево визначаеться характером розаювання електрожв пров1дносл на поверхж i Х-L "Л¿Г

залежить вщ стану границ! зразка i iT кристалограф1чноТ ор1ентацп. Показано, що параметр дзе^кальносп р, який визначае ц| характеристики, може змжюватися в широких межах (вщ майже дзеркального (р= 1) до дифузногс (р = 0)) взалежносп вщ структури границ! металу.

3. Встановлено, що розаювання електрожв провщносп може бути близьким до дзеркального, якщо поверхня металу збер1гае трансляцтну симетр1ю об'ему в площин! зразка. Дослщжеж кореляцп м!ж характером розаювання електрожз npoeiflHOCTi i атомною структурою nocepxni, трансляцШна симетрт якоУ задавалась вщпов^ним набором симетрм двовимфноТ адсорбованоТ плшки. Показано, що характер розаювання електрожв провщносп залежить вщ xiMi4Hoi природи, поверхневоТ концентрацм адсорбованих атомт i структури адсорбованих uiapie.

4. ф1зичною причиною впливу симетри поверхневого шару на характер розаюзання електрожв проввдносл границею металу е дифракция електрожв провщносп на поверхневж гратц| атомт.

5. Електронно-д1рков1 переходи, яю виникають при розаюванш електрожв провщносл на границ! зразка, суттево зменшують поверх-неву лровщжсть в умовах ¡снування статичного скж-ефекту. 1х можна "вмикати" або "вимикати" в залежноа1 eifl трансляц!йноТ симетрп адсорбованоТ плшки.

6. Адсорбц1я '^отоп!в водню на щшьно упакованж rpaHi (110)W i Mo при низьких температурах проходить з участю пром1жних (extrinsic) стажв. Рухлив!сть молекул, що знаходяться в цих станах, полягае в м1грацп Vx по другому шару над хемосгрбованими частинками i приводить до утворення впорядкованих хемосорбованих кластерш на поверхж зразка. Кжетика утворення таких кластерш дослужена методом статичного скш-ефекту.

7. При вивченж поверхневоТ дифузн атомарних i молекулярних ¡3oronie подню на щшьно упаковажй rpaHi (110)W при низьких темпе-

ратурах спостер!гаеться ¡зотолний ефект, який проявляеться в знач-нж рЬниц! енергм активацм дифузм для водню та дейтер1ю. Встанов-лено, що така дифузщ мае активацжний характер.

8. Формування двовим1рноУ моношарсвоУ ад^орбованоУ фази дейтерю на rpaHi (100) W при Т$ = 4,2 К на вщмжу вщ rpani (110)W проходить без учасп extrinsic передстанш. Це спричиняе формування "пористо?" структури. Влорядковаж структури спостер^гаютьсл лише в обласп темпратур 415K<Tg<515K.

9. Проведено систематичне теоретичне i експериментальне до-слщження кратного ефекту Зондгеймера. Розвинуто застосування явища кратного ефекту Зондгеймера до вивчення характеру розаю-вання видшених труп електрожв на поверхж металу. Встановлено ко-релящю мЫ< симетркю двовим1рноУ адсорбовано? пл1вки дийтерю i характером розаювання для двох г. щтених труп електрожв, що бе-руть участь у формуванн1 ефекту Зондгеймера. Не заф'ксовано ди-фузи адсорбованого дейтер1ю в об'ем зразка при Tg = 4,2 К.

Особистий внесок автора дисертац» полягае в:

- формулюванж ¡деУ використання гальваномагжтних розм^рних ефект!в для дослщження адсорбцжних явищ на поверхж металт при низьких температурах;

- в розробщ методик експериментш (на паритетних началах ¡з ствав-

торами);

- виготовленж ряду експериментальних високовакуумних скляних

прилад!в;

- в формулюванж щей експериментальних дослщжень, виконанж екс-

перименлв, чисельних розрахунюв, i'x обробц|, обговоренж, в на-писанж текспв наукових статей (на паритетних началах ¡з сшвав-торами);

- в чисельних виступах з науковими доповщями на наукових конфе-

ренщях, ампоз1умах, симжарах. . г*

Апробацш роботи та публ/кацп. Основж результати роботи допову^лись на таких семжарах, ампоз1умах та конференжях. .XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XIX, XX i XXI Всесоюзних конференциях по e^ic 1йм¡й електронщ| (Москва — 1986, Ташкент — 1970, КиТв — 1973, Махачкала - 1976, Москва - 1981, Ташкент - 1984, КиТв - 1987, Москва — 1994), VI-ому ceMinapi соцтлютичних краТн з електронноТ спектроскопа (ЧСР, Л1блще — 1986), Всесоюзному семшар«, присвя-ченому поверхневим явищам (Лежнград — 1972), XVII Всесоюзнж нарад1 з фЬики низьких температур (Донецьк — 1972), V Чехосоо-вацькж конференцм з електрожки та вакуумноТ фЬики (ЧСР, Брно — 1972), Парад!, присвяченж структур! та галвваномагжтним явищам в плшках (Чинадиево — 1973), I, !', Ill, IV Всесоюзних семжарах "Низькотемпературна фЬика метал1в" (Старий Караван — 1979, 1981, 1985, 1987), III Всесоюзному симпоз1ум1 "Властивосп малих частннок i остршцевих металтних гшвок" (Львгв — 1980), XXI Всесоюзнж на-рад! з ф1зики низьких температур (Харкш — 1980), XX Всесоюзнж napafli з фЬики низьких температур (Черноголовка — 1978), VII М1ж-в1домчому ceMiriapi з фЬики noeepxHi твердого тша (Ленинград — 1980), I CeciY Ради АН СРСР "ФЬика, х!м'|Я i мехажка поверхнГ (Ре-nino — 1971), VI МЬкнародному семжар! з фЬики noeepxHi (ПНР, Карпач — 1981), I Всесоюзнж школТ-конференцн з фЬики, xiMiT i ме-хажки noeepxHi (Че ет — 1981), Всесоюзнж школ! з ф1зики noeepxHi (Ташкент — 1983), VII Всесоюзжй нарад1 "Впорядкування атомт та його вплив на властивосп сплавш" (Свердловськ — 1983), III Всесоюзнж робочж нарад1 з проблем водню i й >го аномальних стажв (Москва — 1984), Всесоюзному симпоз1ум1 з фЬики поверхж твердого тыа (КиТв — 1983), Всесоюзнж конференцГТ "Поверхня — 89" (Чор-ноголовка — 1989), IV М!жнародн1й конференцн з физики та технологи тонких плток (¡еано-Франювськ — 1983), Ювшейнж науковж конференцн, присвяченж 40-р1ччю ф/зичного факультету (Львт — 1993),

IV М1жнародному cHMno3iyMi з головних напрямюв досл1джень i но-вих застосуваннь тонких плток (Дрезден — 1994), Конференци по ф|зиц| tohkix плток i ix застосуванню (Шанхай — 1994, Дрезден -1995), XIX Свропейськж конференцГГ з фЬики та xiMii noaepxHi (Лейпц1г — 1994), а також на семжарах |ф HAH Укражи (КиУв), 1ФТТ АН СРСР (Чорноголовка), КДУ (КиУв), ¡ФМ Уральського НЦ СРСР (Свердловськ), (АЕ ¡м. Курчатова АН СРСР (Москва).

OcHOBHi магер1али дисертаци опублжоваж в 22 роботах, з них 20 внесено до списоку публ^ацж в автореферат!'.

Обсяг робота. Матерели дисертацп викладено на 377 сторжках тексту, включаючи 118 рисунюв, розм|'щених на 102 CTopin-ках та 2 таблици Робота складаеться ¡з вступу, 7 роздЫв (оглядово-го i б ор1пнальних), висновмв та списку цит^^аноТ лиератури з 281 назви.

Зм!ст роботи.

У ßcmyni обгрунтована актуальжсгь вибраноТ теми, сформульо-вана мета досл1джень, перерахоэано експериментальж методи до-слвджень, основн! HayKoei твердження, що внносяться на захист, наведен! дат про практичне значения роботи, описаний порядок розпо-дту матершлу по роздтах.

Перша глава "Взаемод1я електрожв лровщносп з поверхнею метал1в" носить оглядовий характер. В жй розглянуто загальж уяа-лення про природу розм1рних явищ в тонких метал!чних пластинах, а також наведеж лтературж даш про двовимфну поаерхневу кристало-граф|Ю, на основ! яких показано, що анЬотротя поверхж Ферм1 кри-сталт може приводити до багатоканальносп при дзеркальному Bifl-биванж з участю електронно-д1ркових переходов, а також лкературж даж про природу пром1жних стажв i ix вплив на процеси адсорбци, десорбшУ (, особливо, про ix роль в формуванж' кластера ипорядко-ваноУ пдсорбованоУ фази.

i-г -

Одним ¡з осноиних питань взаемоди електрожв пров!дносп з поверх-">ю е питания про роль симетри поверхневого шару атом!в. Зп'дно Андрееву [1] для дзеркального вщбизання необх!дно збере-ження на границ! трансляцжноТ симетрн,'влаетив1й даному напрямку в кристалК Даж про двовимфну поверхневу кристалограф1ю свщчать, що поверхж граней тугоплавких метал1в збер1гають природню тран-сляцжну симетр1ю на поверхж, властиву даному напрямку в кристаяй а впорядковаж двовим1рж структури, яю утворюються при адсорбцп дозволяють и змжювати.

Таким чином, в експеримент! можуть бути реализован! умови, за яких зпдно [1] вадбивання електрожв в!д поверхж в!дбуваеться з ви-соким ступенем дзеркальносп, або коли можлив1 переходи електрожв ¡з стаже з квазнмпульсом К( в стаки К(|, К,2, ... , тобто реалЬу-еться випадок багатоканального дзеркального вщбиеання. Це приводить до зменшення параметру дзеркальносп ¡, як насл1док, до змен-шення поверхневоТ провщносп в умовах ¡снупання статичного сюн-ефекту. При поверхневому розс!юванж електрожв пров!дност! можуть проттати складжш! процеси, пов'язаж з переходами електрожв з одного листа поверхж Ферм'| на другим. Переходи М1ж еквшалент-ними листами були виявлеж у В1смул методом поперечного фокусу-вання електрожв [3], а електронно-д!ркоз1 переходи вперше виявлеж у вольфрам-! метод м статичного смн-ефекту [4]. Можлив!сть проть кання таких процеав залежить в'щ кристалограф|чноТ ор1ентацн поверхж. Так, електронно-д!рков! переходи зменшують поверхневу про-в1джсть для гран!.(100)\/У ! заборонен! для г,>ан! (110)W. Проте на гран! (1 Ю)УУ ситуац|я багатоканального дзеркального вщбивання з участю електронно-д!ркозих переходов може бути створена шляхом фленаправленоТ змжи симетри двовим1рних адсорбцжних шар|в. Це твердження аимагало експериментальноТ перев1рки ! було одним ¡з пункт!в, що виноситься на захист. А це, в свою чергу, вимагало по-

еднання в одному експериментальному прилад1 спостереження атом-ноТ структури адсорбованих шарт методом ДПЕ i характеру розс!ю-вання електронш пров!дност! методом статичного сюн-ефекгу, що бу-ло реал!зовано в дажй робот!. Особливу увагу в перш!й глав1 прид!-лено аналЬу л1тератури, присвячент вивченню рол! пром!жних стажа в формуванн! двовимфних кластер^ адсорбцшноТ фази. В залежносп вщ мкця локалЬацП' адсорбованоТ молекули на поверхн! кристалу розр!зняють два типи передадсорбцшних стажа (intrinsic — розташо-BaHi над в!льними мкцями поверхневог гратки, extrinsic — над зайня-тими). В в!дпов(дност1 до цього, формування агрегат!в може проходи-ти за рахунок переносу молекул до м1сця хемосорбцн по чистим або по зайнятим дтянкам поверхн!.

Якщо молекули газовоУ фази адсорбую ,>ся в другому mapi, а пот!м м!грують по першому шару i х^мосорбуються в випадкових Mic-цях б!ля його границ!, то д!я такого механ!зму приводить до розвит-ку, так званих, кластерш 1дена — двовим!рних утворень з гладкими границями i структурою, що повторюе структуру гран! ш'дкладки. В цьому випадку виконуеться сп!вв!дношення L ~ А^ ~ де Ц А, К — довжина границу площа ! к!льк!сть частинок в tW кластера, в!д-noeiflHO. Формування таких кластерш проанал!зовано Беккером i Бен-Шаулом [5]. На першому етал! цього процесу частинки хемосор-буються у випадкових м!сцях на поверхж кристалу. 3 ростом покрит-тя з'являеться можлив!сть захоплення молекул в extrinsic стачи. Якщо довжина пробегу молекул в цих станах до моменту десорбцп D б!льша д!аметру d атомарного кластеру, то практично вс! молекули другого шару досягають границ! кластера, дисоцтоюгь ! хемосорбу-ються б!ля берепв атомариого кластера. Тому швидюсть формування кластера визначаеться його площею, величиною газок!нетичного потоку молекул на поверхню J ! iwoeipHicTto ix прилипания на поверхж остр!вця Sj. В результат'!, швидюсть росту остршця визначаеться cnie-

вщношемиям К* ~ ]К. 3 ростом температури, коли зб1льшуеться ймовфжсть випаровування 1,олекул ¡з промЬкних стаже величина Б зменшуеться, а розвиток остршцт впорядкованоТ фази в цьому ви-падку проходить за рахунок стоку 1 хемосорбцн з ¡мов1ржстю А^ цих молекул, як> знаходяться в прибереговий полос! завширшки О. В'щ-пов'щна швидмсть росту кластер ¡в задаеться сптвщношенням К* ~ СК1/2, де С визначаеться комбш^ею величин С ~ .15 ¡Ад. Як показано в [5] при О « с1 розвиток кластеров олисуеться степеневою функ-ц1ею К ~ С12, тод1, як при В » 6 Тх формування проходить по бтьш . швидкому експоненфальному закону К ~ ехр(ЗБ|1). Проте, розвиток впорядкованих кластергв з участю передстан1в не е единим способом формування впорядкованих структур. Як ведомо, фундаментальною причиною росту впорядкованих двовим1рних структур с латерапьна взаемодт частинок, адсорбованих на поверхж твердого тта, причому теля досягнення ^¡дповщно? концентраци процес росту визначаеться тшьки внутршжми властивостями двовим1рноУ системи та и температурою (фазовий перехщ) ¡, таким чином, не залежить в1д швидкост1 приходу частинок на поверхню, як у випадку ¡з участю передстажв. •

В дашй робот! досл^джуеться агретац'т шмвок аодню 1 дейтерио на щмьно упаковажй граж {110)W 1 Мо. 1Т передумовою е ¡снування ф^адсорбованого ■'одню на поверхж цих метал ¡в при низьких температурах, близьких до температури р'щкого гел'но [6], а також рухлив1сть фронту хемосорбованого водню в "затшену" область вГстря автоелектронного проектора, що спостер1гаеться в цьому ж ¡нтервал1 температур [7].

В оглядовж частиж дисертаци прид!лена достатня увага проце-су взаемодм ¡зотопш водню з базисними гранями У4/. 1 Мо. А'саме, розглянуп двовим1рж впорядковаж фази, ям можуть утворювати ад-сорбоваж молекулярж та ьтомарж ¡зотопи водню на граж (110)УУ,

реконструкщя поверхж пщ д!ею водню, вщмжжсть мЬк молекуляр-ною та дисощативною адсорбцию водню, можливкть проникнення водню в об'ем вольфраму, характер поверхневоУ дифузп атомарних I молекулярних ¡зотошв водню на щшьно упаковажй граж (110)W.

Друга глава. "Методика дослщжень".

В ц[й глав! олисаж методи дослщження i умови вирииення зав-дань даноТ роботи. Робота виконана методами, заснованими на двох розмфних явищах, — статичному скш-ефекл [8,9] i осцилящях Зонд-геймера[20]. Як допомЫ<ний, використовувався метод ДПЕ. До переваг перших двох методщ належить вщнести ix неруйншний характер, що особливо важливоJ при досш'дженж таких слабкозв'язаних систем, як адсорбоваж |'зотопи водню на W i Mo при . низьких температурах. Це^ зумовлено тим, що зондування поверхж' проходить за допомогою власних е ;ектрожв провщносл металу, як|' не вносять помггних збурень в адсорбовану шивку. Об'ектами дослщжень е монокристали W i Mo високоУ чистоти. 3 масивних злиткт W i Mo вирЬалися прямокутж пластини з розм1рами 0,5хЗх 8 мм^. Похибка ор!ентацн граней (110) i (100) складала ~ 20 кутових хвилин. Остаточна товщина зразюв теля мехажчноТ ишфовки та електрох!м1чноУ пол1ровки в 3% розчиж NaOH складала 0,1 мм. Зразки пщдавалися вакуумному високотемпературному очищению в атосфер|' кисню. В ход! роботи були забезпечеж таю експериментальж умови:

а) використання максимально чистих i досконалих вихщних мо-НОкристал|'в, старанна очистка об'ему експериментального приладу i шдготовка noeepXHi зразка до експерименту;

б) забезпечення в експериментальному прилад1 високого вакууму (~ 10-1° Topp) i реал|'зац1я можливосп швидко вщкривати або перекривати noTiK газу на поверхню зразка;

U- ь i 1'

в) охолодження зразка до температури кигнння рщкого гел!ю ! нижче 1,7 К) ) можлив^ть короткочасного його нагртання до 2500 К (для очищения йог о поверхж);

г) забезпечення сильного магн!тного поля >10 кЕ в райош зразка при зим!рюваннях магжтоолору (МО) I старанна компенсацш залишковчх магжтних по/пв при-робот! системи ДПН.

На етап'1 тдготовки до експеримекту важливими технолопчними операцюми були — виготовлення експериментальних зразюв, а також монтаж I вщкачка високовакуумних скляних прилад!в. Експернмент проводився на двох типах скляних приладш, в одному ¡з яких були реалгзоваш методики ДПЕ I статичного скш-ефекту, в другому - статичного сюн-ефекту ( осциляцж Зондгеймера. Перевагою другого приладу являлось те, що в(н був оснащений швидкод!ючим вакуум-ним затвором, який дозволяв швидко вадкривати та перекривати (~ Т сек) полк газу-адсорбату на поверхню. Вакуумж прилади включали в себе автономж субл1мац|йн! та електророзрядж насоси, дже-рела адсорбату, датчики тиску. Для уникнення змшування газш-ад-сорбат!в тд час в!дкачки вакуумних прилад!в I проведения експери-менту балони з джерелами газ1з були герметично вщокремлеж В1Д основного об'ему приладу. Експериментальж зразки ш'ддавались ва-куумнж обробц!, високотемпературному обезгажуванню I обезвугле-цьовуванню в атмосфер! кисню. Для усунення можливих забруднень поверхш зразк!в субмоношаровими дом!шками ¡нших метал!в приварка монтажних вольфрамових дужок а також мкроконтаклв для вим1-рювання МО 'I температури зд!йснювалось без будь-яких прокладок ¡з метал!чних фольг. Охолодження 4 зразка забезпечувалось через монтажж мол!бденов"| вводи, вварсж в скляж ст!нки прилад!в, яю за-нурювались а р|дкий гелш тд час експерименту. Температура зразка могла коливатися в межах вщ 1,7 К до 2500 К. Це досягалося шляхом в!дкачки пар!в гел1ю, або пропусканиям через зразок струму

певноТ величини. Контроль температуры зразка зджснювався дйфе-ренфальною термопарою, приварено«? безпосередньо до нього; ' опорний спай термопари занурювався безпосередньо в гел!еву ванну. Охолодження ст!нок скляного приладу р1дким гел1ем дозволяло по-збавитись неконтрольованого напорошення ¡зотош'в водню при лере-криванн! потоку в будь-який заданий момент часу. Вим!рювання МО виконувалось по чотирьохточковж схем!. Для зджснення електричноТ розв'язки м!ж вим!рюаальними схемами i схемами жиалення викори-стовувались потужж акумулятори, що були джерелом струму, який пропускався через зразок. Для стабЫзац'м внм!рювального струму було розроблено спец'|альний стабЫзатор. При досл^женш осциля-Ц1Й Зондгеймера застосовувалась модуляцжна методика. Це дозволяло рееструвати першу i другу пох!дж МО по магжтному полю.

Третя глава. "Дослщження к> реляц!й М1Ж змжами магжтоопо-ру i атомнсю структурою адсорбованих oiapie".

В |д|й глав! на ochobî анал1зу кореляцж м!ж атомною структурою поверхн! i МО тонких пластин вольфраму та мол!бдену експери-ментально вивчено процеси дифракцп електрожв пров!дност! на по-верхневих структурах i р1зномажтж випадки багатоканального дзер-кального взбивания з участю електронно-д!ркових переходов. До-сл1джения проводились на граж (110)W, на яку наносились субмоно-шаров! пл!вки 02, W02, Н2, Ад, з р!зною симетр!ею поверхневих структур, а також на гран! (110)Мо.

Система O^fHOJW. Адсорбфя кисню на (110)W проводилась при температур! 700 К. Такий режим дозволяв отримувати моноша-poBÎ покриття. При б1льш низьких температурах адсорбцм моношарове покриття за розумний пром1жок часу експерименту не досягалось [10]. Для криво!' МО (R(t)) характерке pi3Ke збтьшення його в обла-ctî малих поверхневих концентрами. Формування стуктури р(2>1) пд-сорбату приводило до спаду МО. Максимальному роэвитку цicï струх-

тури в!дпов!дав мш!мум МО. Подальше збшьшення поверхнево'Т кон-центраич кисню првиводилс до зм!ни структур р(2х!)->(2х2). При найб!лышй яскравост! рефлекав ц!е! структури МО досягав максимального значения. Перех!д до моношару супроводжувався зникнен-ням вс!х додаткових дифракц!йних рефлекав ! плавним зменшенням МО аж до цочаткозого значения. В!домо, що при 0=1/2 структура р(2;<1) досягае максимального розвитку [11]. Елементарна ком!рка структури (2x2) утворюеться вакансшною ком!ркою, яка виникае при О = 3/4. Остання структура (1x1) просто повторюе структуру гран!-тдкладки. Таким чином, шкал! часу можна сшвставити шкалу 6. М!н!-муму МО в!дпов!дае концентрац!я 0 = 1/2, максимуму МО — 0 = 3/4.

Для аналЬу можливих електронних переход!в на поверхж Ферм! використовувалось сп!вв!дношення Брега

яке зв'язуе тангенц!альн! компоненти кваз!!мпульс!е падаючих К{ 1 в!днбитих К(' електронш, g — перюд оберненоТ поверхневоТ ком!рки. В залежнсст! шд фазового стану адсорбованоТ г,Л1вки (¡, в!дпов!дно, ц!лксм визначеноТ' величини двовим/рного вектора g) в!дбивання електрон!в може бути близьким до дзеркального, мати риси багато-канального дзеркального вщбивання, або бути, нарешт!, дифузним.

Для анал1зу можливих електронних переход!в, як! в!дбуваються при розс!юпанн! електронш пров!дносп це досл!джуваних структурах, на т'шьову проекщкэ поверхн! Ферм! на досл^жувану грань наносять систему дифракцмних рефлекс!в, як! рееструються на екран! електронографа ! в!дпов!дають вузлам оберненоТ гратки стуктури, що а.ча/мзуеться. Саме вони визначають можлив! електронн'| переходи на поверхн! Ферм!, тобто можлив! канали при дзеркальному в!дбиванн!.

Рис. 1. Тшьова прения поверхн! Ферм! вольфраму на площину (110). Показан! можлив! електронн! переходи: св!тлими кружками — для структури р(2х1) 13 точки а в а', чорпими кружками - для сгрукгури (2x2) }з точки а в а". Тонкими прямими Л1№Ями 1 — 3 позначен! вуэьк! облает! фазового простору, де можлив! електронмо-д!ркоа'| переходи для структур» р(2ж 1).

На Рис. 1 нанесет гратки, що утворюються при адсорбци кис-ню н* грат (110)W. Електронж переходи для довмьноТ фазово!" точки а при утьоренж першоТ регулярно!" структури р(2х1) позначен'! св!тлими кружками ! в|'длов!дають переходу в а' I ¡пил екв(8алентн| точки фазового простору. На Рис. 1 тонкими лп-нями 1, 2, 3 позначен! надзвичайно вуэьк! облает!, де неекв1валентж переходи все таки можуть проходити, обумовлюючи як лроцеси переход1в мЫ основними дшяиками поверхн!' Ферм! (електронним "валетом" та д!рковим "окта-едром"), так I М1Ж дфковим елтсоТдом I ¡ншими дтянками поверхн! ферм'1. Осюльки ц1 облает! займають лише малу частику фазового простору, структура р(2х1), в основному, дае одноканальж дзеркаль-н! вздбивання. Структур! (2x2) на Рис. 1 вщпов^дають вузли оберненоТ ком!рки, позначен! чорними кружками, як! можуть розташовуватись як на електронних, так ! на д^ркових д!лянках поверхнI Ферм! (дозро-лен! епектронно-д1рков! переходи ¡зав а"). Однак, переходи, кратн! можуть переводити електрони ! в екв!валентн! точки. В цызму ей-

падку вщбиваиня е двохканальним дзеркальним. Осгання структура р(1х1) приводить лише до переходу в ф!зично еквталентж точки фазового простору 1 обумовлюе одноканальж дзеркальж вщбивання. Якщо на поверхж при ыдбиванж можлив! електронно-д'фкош переходи, то перехщ квэз1частинок з електронних орб1т на д'|рков1 означав змЫу напрямку руху носив струму в магнггному пол'| » зм'ну знаку Тх дрейфу аздовж прикладеного електричного поля. Таю лроцеси при-водять до втрати набутих в пол'| енергн I ¡мпульсу, тобто являються дисипативними [13,14]. Якщо за час вольного пробку кваз!частинки вздовж поверхж електронно-дфковий переход с цшком ¡мов1рним, то С? > г/1, де (2 — частка електронно-д^кових переходш вщносно за-гального числа сгивударж з поверхнею на довжиж вшьного пробку 1. Якщо позначити — частку дзеркальних вщбивань без електронно-д|ркових переходш на довжиж I, то <3 + ()' = 1, а 0 <. < I. Осю'льки електрони I д'фки дрейфують в рЬж боки, то ефективна, або транспорта довжина В1льного пробку 1еф < 1. Причому внесок електрожв в поверхневу провщжсть пропорцжний коеф'иуенту дифузи частинок на поверхж (О ~ 12ефА). Зауважимо, що в нашому екслерименп Гц/] по оцЫкам складае 10"^ - 10"3, тому нашть мал! ¡мовфностг С> можуть суттево впливати на поверхневу провщж'сть зразка.

Моношарове покрмття кисжо при — 4,2 К може бути досяг-нуто I э допомогою направленого потоку молекул двоокису вольфраму [15]. Посл'щовнкть структур, яю спостер^ались, I хид МО ¡з збшьшенням концентрацн W02 були аналопчж попереджй систем!.

Система Н^НО)И^ мала таку саму лосл'|доажсть двовим!рних структур ¡з зб]льшенням концентраций водню, як ! дв! попередж си-стеми.

Система Ад-(110)\№, Особлив^тю заповнення моношару ср1бла на гран'| (110)Уу е переор^нтащя адсорбованоТ плткг, на певному етап'| \1 росту [17]. Для вказаноТ системи може бути реалЬована ситу-

t.o-

o -.-1---1----r—

О (00 800 1200

Msec)

Рис. 2. Змша магн1тоопору пластини кол1бдену в процеа ад-сорбцн воднга (пунктирна /mm), релаксация магиноопо-ру шсля выключения потоку на кристал (суцшьна тн'т), результати моделювання ал/шоу розвитку кластеров ад" сорбованих aTOMie водню на магнггоошр эраэка (штрих-

пунктирна лМя).

ацш, коли nepeopieHTauifl адсорбованого шару "вмикае", або "вими-кае" електронно-дфков! переходи. Отримаж залежносл МО зщ часу напилення ср'|бла при одночасмому спостереженж каргин ДПЕ nifl-твермили цей висновок. Отже, характер взаемоди електронш пров!д-HocTi з поверхнею визначаеться в основному транслящйною симетрн сю двовим'фних адсорбованих шток, а Не Тх xiwiMHOio природою.

ЧетВерта глава. "Формування впорядкооаних плток ¡зотопт водню на rpani (110)W i Mo при крюгенних температурах".

Методична частина ц!е; частини роботи базуеться на аналЬ"| конкуруючих вклад'в в МО зразка, яю виникають ¡з зб'шьшенням по-верхневоТ концентрацн випадково розподшених по поеерхж зразка адсорбованих частинок, що зб1льшують дифузне вщбиваиия електро-Hie, а також ¡з ростом "дзеркальних структур", яю зменшують дифу-зний фон. Вплив адсорбцм водню на МО тонко! пластини мол1бдену при Ts = 4,2 К приведенно на Рис. 2. Для ¡нших^ вивчених нами систем, в1дповщж крив1 яюсно не вМзняються eifl приведених на Рис. 2.

3 рисунку видно, що напорошення перших порцж водню приводить до росту МО зразка, тому е шдстава вважати, що пердньому фронту кривих в1дпов'|дае формування невпорядкованоТ пятки ад-сорбату навпаки, зворотньому фронту в1дпов'щае конкуруючий процес — утрворення дзеркальних, з| погляду розс'иовання електрожв провщносл, двовим'фних структур. Виникае питания про симетр1ю ц'|€1 "дзеркальноТ струтури".

Ведомо, що в систем*! ^(ОД-ПЮЭМо утворюеться лише одна така структура — (1x1) [18]. Для системы ^^НИО)^/ картина неоднозначна тому, що зменшення МО може бути зв'язано з ростом як структур« р(2х1), так ! (1х|) [16]. Яка ¡з них "в'дпов!дальна" за появу зворотнього фронту адсорбщйних кривих легше зрозум1ти, виходячн з даних про поверхневу концентрац|'ю водню. Вщомо [5 ,6], що на ранж'х стадЫх адсорбцм Н2 I О2 на (110)W при Т§ и 5 К формування локриття проходить шляхом хемосорбци атомт Н 1 О у випадкових м'юцях на поверхнК Такий процес описуеться вщомою моделлю дисо-ц1ативноТ адсорбцм Ленгмюра. Розрахунки, виконаж в припущенн1 пропорцШносп змши МО 1 концентрацм хемосорбованих частинок по-казують, що дана модель з хорошею точжстю описус практично увесь переднж фронт адсорбцжних кривих. Оцшки ступеня покриття, зроблеж ¡з пор^аняння модельних кривих з експериментом, вказують на те, що перехщ до обласп зворотнього фронту в1дбуваеться при в « 0,75. Це значения характерно для вах, дослщжених нами, систем. Це дае тдетаву вважати, що зворотньому фронту кривих вщповдае формування структур« (1x1).

Розглянуто два альтернативних мехажзми формування впоряд-кованого моношару I проведено лор!внлння Ух наслщкш з результатами експерименту.

1. Впорядкування — як результат фазових перетворень в систе-М1 (модель I).

2. Впорядкування з участга передадсорбцшних стан|'в (модель

И).

Виявлена в експерименп незворотшсть змжи МО при змш! тем-ператури поверхн!, а також значка залежжсть швидкосп росгу струк-тури (1x1) П1д величими газокшетичного потоку молекул на поверхню зразка св!дчить про те, що впорядкування проходить не за законами фазових переходов. До розвитку дзеркальних кластерш може приводи ти ¡нший мехажзм — з участю передадсорбцшних (extrinsic) стак!в. Зародками для у творения кластеров можуть служити одна або деюль-кэ розташованих поруч хеМосорбованих частинок, розташованих у випадкових М1сцях на поверхн! ! утворених в результат! дисощацн на перших етапах адсорбци. 3 ростом покриття з'являеться можлив!сть захоплення молекул в extrinsic передстани. Ц! молекули вмасл!док дифуз|йного блукання перетинають границю хемосорбованого ocrpiB-ця i переходять поряд з нею в основний атомарний стан. На користь цього механ!зму впорядкування св!дчить експериментально встано-влена залежжсть швиДкосп утзорення впорядковано"! структури в1д температури кристалу, надзвичайно низька енерпя активами лроцесу впорядкування, а також значна залежн!сть швидкост! його проттання в!д величини потоку молекул на зразок. Напорошення на гПдкладку, температура яко? eifl експеримекту до експерименту шдвищувалась показало, що початкове зб!льшення нахилу криво/ МО в облает! зво-ротнього( фронту можна ¡нтерпретувати, як зб!льшення швидкост! росту двовим!рних кластер!в водню, а ¡3 зростанням температури наступив його зменшення може бути зв'язано з уповшьненмям росту остр!вц!в через десорбц!ю молекул передстан!в. Б!льш того, якщо на-порошеня прозодити на "гарячу" поверхню (Tg > 24 К), то розвиток кластерш припиняеться. До того ж, перекривання потоку частинок на поверхню може i не приводити до миттевоТ зупинки росту остр!вц!в: Тх подальше еволюц!я може проходити в результат! дифузм i стоку

частинок уже накопичених на його поверхни 1з Рис. 2 видно, що ви-х(д релаксацжних залежностей а насичення джсно проходить тим швидше, чим ражше перекриваеться затвор ! чим менил розм1ри затравки. 3 ростом кластерт запас молекул в другому шар1 росте \ до-сягае величини, достатньоТ для того, щоб заповнити всю поверхню, без залишку, дзеркальним кластером; в цьому випадку поверхневе в'щбивання електрожв зменшуеться до певноТ гранично'Т величини, а вона, в свою чергу, залежить в1Д концентраци дефект в "дзеркаль-н'|й" структур!.

В робол проведено моделювання розвитку кластеров I його впливу на релаксац1ю МО зразк'щ. Як видно ¡з Рис. 2, модельж крив! з хорошою точжстю иписують результати експерименту. Вони с р|'шенням дифузжного р>вняння Ф|ка для радиального випадку. В якосп шдгоночних параметрш використовувались М == Ко/О' 1 N = АКо/Э', де Ко » АКо — величини, пропорцшн! початковт площ1 кластера та П змшам за рахунок стоку 1 хемосорбци частинок передста-н!в. О' — величина, пропорцшна коеф'щкнту дифузн молекул перед-стажв. Припускалось, що дифуз'|я рухомих молекул проходить по по-верхн! затравки, розм!ри якоТ зб!льшуються в процес! релаксацн. Для цього розрахункова програма автоматично враховувала змжу ДКоЛ)' в лрилущенж, що зм1ни розм|'р['в пропоцжж початков|'й ю'лькосп молекул передстажв на кластер!. Така схема розрахунюа при спшставленж модельних I експериментальних кривмх, записаних при рЬних температурах, дозволяв оцшити енерпю активацн дифузн частинок передстажв. Отримаж значения, принайм!, на порядок величини менил значения Еа дифузи атомарного водню на ц!й граж. Це пов-жстю виключае верею фазового переходу в систем! атомарних частинок. Важливою прикметою кластерного мехажзму росту "дзер-кальних" структур е залежшсть швидкосг! влорядкування В1Д величини газокинетичного потоку молекул, що сьостер1гались в експеримен-

ri. При великих потоках Г малж швидкосп дифузн не eci рухом! моле-кули зможуть досягнути берепв затравки за час и росту; таким чином, в^дносне сповшьнення росту клгстерт обумовлено переходом до бтьш повшьного режиму Vx розвитку при великих потоках. Biflno-вадна, збмьшивши Tg, можна повернутися до "швидкого" росту, що i слостерн-аеться в експеримент!. Таким чином, сукупжсть приведених результат дозволяв зробити висновок про реал1зац!ю кластерного механизму впорядкування "дзеркальних" структур в лл'шках водню при иизьких температурах з участю extrinsic пром!жних cTanie.

П'ята глава. "Поверхнева дифузЫ ¡зототв атомарного водню на rpani (110) вольфраму."

Досл!дження поверхнево7 дифузн i30T0nie атомарного водню на граж (110)W грунтувалось на вивченж «¡нетики структурних перехо-д'|в в пл'шках атомарних i30T0nie. При вивченж кжетики зондування nosepxHi проводилось власними електронами пров1дносп тдкладки, що гчключало руйнування пл'ток. Суть експеременту полягала ось в чому.

На очищену поверхню зразка напорошувались пл1вки водню та дейтерию при = 4,2 К. Таю, напорошен! до насичення, пл!вки водню та дейтepira вщпалювались на протяз/ 1 сек при все зростаючих температурах аж до температуря десорбцГ/ атомарних ллшок. Таким способом отримаж залежное^ AR(t)) для водню та дейтерпо в1дрЬ-няются ттьки в температурному ¡нтервгин Т§ < 200 К. При > 200 К i'x повед!нка сш'впадае в границях точносп експерименту. Вста-новлено також, що плато в температурному жтерваш 200 К < < 300 К в1дпов1дае впорядкованим атомарним шарам водню та дейте-piio, тому що МО на цт дтянц1 не зммюеться аж до початку частко-BOI ^есорбци з атомарноТ пятки.

Через те, що енерпя активац» впорядкування атомарних водню i flenjepira в^дрЬняеться вщ енерпй активацн ¡нших можливих проце-

cia, ям проходять в адсорбованих плтках ¡зотошв (дисофацт та де-сорбц1я молекул), ¡снуе температурний ¡нтервал (150 К < Т§ < 200 К), в якому процес структурного влорядкування моношару атом1в буде домшуючим, а тому його можна видтити в чистому вигляд'| i ви-вчити його юнетику.

Вивчались релаксацшж залежност! МО при рЬних температурах в1дпалювання плшок (в залежносп в1д системи) в1дпов1дно для водню та дейгер1ю. На середжх i шзжх стадиях релаксацГ/ щ залежност! з хорошою точжстю с експоненцжними. Ранжм стадшм релаксацн (Тм вщповщае вузька область процесу в час!) може в^дловадати випарову-вання молекул, Тх дисощащя. Встановлено, що час релаксацп лроце-cie влорядкування зменшуеться з ростом температури 81дпалювання, а це аказуе на активащйний характер дифузм ¡30Tonia атомарного водню. Оцжеж енергм активацн дифузн процесш впорядкування (0,33 еВ для водню i 0,35 еВ для дейтер1ю) i встановлено, що залеж-HicTb коеф|Ц|'ента поверхневоТ дифузи в1д температури в!дп0в1дае закону Appeniyca. Малий ¡зотопний ефект св1дчить про малу рЬницю в енерпТ нульових коливань ¡зотош'в, адсорбованих на ц!й гран!, в портнянж з енерпею зв'зку з шдкладкою.

Шоста глава. "Кратж осциляцн Зондгеймера в пластинах W(100) з атомночистими поверхнями".

Якщо вщбивання електрон1в В1Д поверхж тонкоТ пластини не е чисто дифузмим, то в спектр! осциляцш Зондгеймера з'являються кратж гарможки, обумовлеж вкладом в поверхневу провщжсть тих електронт, яю дифузно розсшлись на поверхж лише шсля багатора-зового дзеркального вщбивання, тобто можлив'| осциляци опору, зв'язаж з тим, що електрон набирае щле число обертт на товщиж зразка тшьки в результат! дектькох в1дбивань. Теоретично i експери-ментально досл'щжеж кратж осциляцм Зондгеймера м пластинах W{ 100). За ефект Зондгеймера в'|дпов1дальж видтеж групп носив по-

верхж Ферм); в даному випадку — носи перер1зу А декового "окта-едра". Фур'е-анал)з зондгеймер1вського сигналу ) результати теоретичного аналЬу в форм) простих сшвв'щношень м'(ж багатьма параметрами дозволили визначити довжину в)льного проб)гу та коефщкн-ти дзеркальносп на атомночистт та до насичення запилежй поверх-нях кристалу. Коефщшнт дзеркальносп змжювався в широких межах — В|'д р = 0,3 до р = 0,7.

Описана в робот) методика е зручним способом визначення "в!дбиваючих" властивостей мегатчно/ границ) для електрожв дано!, видшеноТ ефектом Зондгеймера, групи. Вона дозволяе в одному ек-сперимент'| визначити цший ряд характеристик, одночасно встановити трупу, в)дпов)дальж1Х за ефект, частинок.

Особливо перспектиЕНим цей метод може виявитися при ви-вченж впливу способу обробки поверхж I сорту адсорбованих атом)в на коефщ!енг дзеркалыюст!, а також можливо! дифузи адсорбованих част' чок в приповерхневу область, чи об'ем зразка.

Сьома глава. "Досл!дження систем» D2-W{t00) з допомогою гальааномагж'тних розг-и'рних яаищ".

Перший з використаних методт (статичний скж-ефект) с Ыте-грапьним, тому що в цьому випадку зондуаання поверхн) зразка проводиться вома трупами електрожв на поверхж Ферм1, в другому ме-тод"| (осциляц)Т Зондгеймера) поверхня дослщжуеться вид)леними трупами носив на поверхж Ферм), з максимальним змпценням вздовж магнггного поля за циклотронний пергод (електрони опорних точок ? ■ на сфероТ'дах електронного "валета" ) д1рки на поясках перерЫв А д)'ркового "октаедра" поверхж Ферм!). 3 вщиошення амплкуд кратких гармонж в спектр) осциляцш Зондгеймера можна визначити ко-еф)ц)енти дзеркальност) для видЬпених груп електронш. Вони, у випадку атомночистоТ поверхж, складають ра = 0,6 для електрожв опорних точок Р ! рр = 0,22 для дарок на перерЫ А "октаедра". Така

велика р1зниця м!ж ними зв'язана з тим, що для електрожв опорно!' точки F можлив! ттьки дзеркальж переходи, в той час як для д1рок на nepepbi А "октаедра" можлив! переходи в стани на електронному "валетГ i вертикальж без змши Kt, akî приводять до суттевого змен-шення коефщ!ента дзеркальность (з збшьшенням поверхневоТ кон-центрацп дейтерию при Т§ - 4,2 К коеф1ц1снти дзеркальност! обох груп зменшуються, досягають мшмуму при цж же концентраци ад-сорбата, яка вщповщае мЫмуму МО, попм знову збтьшуюгься i при великих покриттях мають значения, близью до тих, що характерн!' для чисто!' поверхж. Ямсних змж у сптвщношенж м>ж ¡мовфностями дзеркального в'щбивання для рЬних груп електрожв не вщбуваеться. Це дозеоляе зробити висновок, що виникнення впорядкованих по-верхневих структур, вщмшних вщ структури шдкладки, в процес! низькотемпературно'( адсорбци дейтерию не вщбуваеться.

При вщпал1 напорошених до насичення плток дейтр1ю картина , р'|зко зм'шюеться. Найбтьш суттев! змжи вщбуваються в области температур 415 К < Tg < 515 К i характеризуются такими особливо-стями. По-перше, характер змжи R(Tg) в данж облает! температур для двох оркнтацм магштного поля (H||n i Hin) як(сно р1зний, не е „взаемнооберненим, що свщч!ть про "вмикання" або "вимикання" одного або дектькох каналт електронно-д!рков1х перехода; по-друге, в спектр! осциляцж спостер!гаеться суттевий перерозподш вщносжх вкладов вщ електрожв "валета" i дфок "октаедра".

Ця рЬниця пояснюеться утворениям на поверхж впорядкованоТ надструктури з перюдом aj = 4а в напрямку <10> (а — постжна гратки нереконструйовано! гран'| (100)) або з перюдом й2 = 5а, як'| спостеркалюя ражше [18,19] i приводять до виникнення нових ка-налю когерентного в'|дбивання.

Як показус аналЬ поверхж Ферм'|, виникнення пгошоУ ¡з цих структур "вмикае" hobî канали переход1'в для електрон!в опорних то-

Чок що суттево зменшуе ¡мов^ржсть Ух дзеркального в!дбмвання, в той час як для д|рок на перер'Ы А виникнення нових недзеркальних канал1в не вщбуваеться. До аналопчних наслщюа повинно приводит I утворення структури з перюдом 5а.

ВИСНОВКИ. Основн! результати роботи:

1. На приклад! вольфраму та молибдену про ведено системагичне ек-спериментальне дослщження статичного ск!н-еффекту. Показано, що вЫ виникае в ефективно сильни* магн!тннх полях (42т >> 1), в чистих зразках металт (1 » и) з (пе = П), I т,„ - т^). Тут: Гг — цик-лотронна частота, т — час релаксацм, I — допжина в!льного проб!-гу, (1 — товщина зразка, ле — концентрация електрожв, П|, — кон-центрафя дфок, тт — час власнодолиниоУ релаксаци, Тр — час м!ждолинноУ релаксаци.

Проведено експерименгальне дослщження кратного ефгкту Зон-дгсЛмера в зразках W(100). Показано, що вт обумовлений вкладом в поверхневу прав!дн!сть тих електрожв, як! зазнали дифузно-го розстовання на поверхн! лише шсля багаторазового дзеркального в!дбизання.

2. Методи статичного ск!н-ефекту та кратних осциляцш Зондгеймера, що базуються на дослщженн! в^дбиваиня власиих електрожв про-вщност! в1д поверхн! металу, ! е неруйнтиими, вперше застосоваж для дослщження к.ореляц!й м|'ж характером розсмовання електро-н!в пров!дност! ! атомною структурою поверхн!, рол! передадсорб-цжних стан!в в формуванн! двовимфжх впорядкованнх хемосорбо-ваних фаз адсорбага, поверхн евоУ дифуэи атомарных ! молекуляр-них !зотоп!в водню на щшьно упакван!й гран! {110)У/, процеа'в пе-ребудови поверхонь металт ! можливоУ дифуэи адсорбалв в при-повсрхневу область або об'ем зразка.

3. ДоЫджеж кореляфТ м!ж характером розс'повання електрон'ш про-в!дносп i атомною структурою, поверхш, трансляцшна симетр1я якоУ задавалася вадпошдним шдбором симетрн двовим!рно!' адсор-бованоТ шнвки. Показано, що трансляцшна симетр^я поверхневого шару атомт мае визначальний вплив на характер розаювання електрожв провщносп границею металу. ФЬичною причиною такого вплйву е дифраадя елеюрожв провадносп на поверхневш гратц! атом'1в.

Експериментально встановлено, що розс'повання електрон'ш пров'щ-ност1 може бути близькнм до дзеркального, якщо поверхня металу 36epirae природню трансляцжну симетрто об'ему в площиж зраз-ка. Це досягаеться и.ляхом високотемпературноТ очистки зразка, або напорошенням пл1вки адсорбату, що повторюе структуру граж шдкладки.

4. Показано, що електронно-дфков! переходи, що виникають при по-верхневому роза'юванн! електрожв провщносп, суттево зменшують поверхневу проваджсть в умовах ¡снування статичного сюн-ефекту. TaKi переходи можливо "вмикати" або "вимикати" вщпсшдним подбором трансляцжноТ симетри адсорбованоТ плшки.

5. Адсорбция ¡зототв водню на щ'тьно упакованж rpani {110)W i Mo при низьких температурах включае в себе стад|'ю пром1Жних (extrinsic) стан1в. Доведено,що М1грацш адсорбованих молекул, що знаходяться у цих станах, по другому uiapi над хемосорбованими частниками, приводить до утворення впорядкованих двовим!рних кластеров на поверхж зразка. Кжетика утворення цих кластера дослужена з допомогою методу статичного скш-ефекту. Визначеж енергп активацн цього процесу для ecix доЫджених систем. (D2-(110)W, Еа = 73,4±9,0 К; H2-{110)W, Еа = 31,0±6,0 К; 02-(1Ю)Мо, Еа = 12,7±2,8 К; Н2-(110)Мо, Еа = 8,9 ± 1,8 К).

6. Поверхнева днфузЫ молекулярних i атомарних boTonia водню на щшьно упакованш ipani (110)W при низьких температурах мае ак-тиващйиий характер. Визначеж енергн акгивацн дифузи для до-с/иджених систем. Вони складають 0,33±0,04 еВ для атомарного водню i 0,35±0,06 еВ для атомарного дейтер!ю. Енергм активацч для молекулярних ¡зотошв наведено в пункн 5.

7. Кшетика утворення двовим<рно7 адсорбованоУ фази дейтерто на rpani (100)W при Tg = 4,2 К не включае в себе стадию з участю extrinsic передсташв. Имов1рно, що в кшетиц! росту беругь участь ру-xoMi entrinsic стани, що приводить до розвитку '"пористоТ" моноша-ровоУ структури. Постулова десорбцш напорошено? до насичення п/Ноки деГпер'но в облает! температур 415 К < Tj < 515 К приводить до утворення сптрозм^рно'Г з тдклздкою структури.

9. Дослщження осциляцж Зондгеймера дозволило виявиги вгт/жв си-метрп поверхж на роза'ювання носив струму рЬних труп на по-верхж Ферм!. Результати Фурье-анализу крагних осциляцш Зонд-геймера при адсорбцм 02 на (100)W аказують на взпемозв'яэок м!Ж симетркю двовим1рно1 адсорбовано! плшки дейтер!ю i характером розс'ювания двох вид!ленних груп носив заряду, що форму-ють ефект Зондгеймера, а також на в!дсутжсть дифузп адсорбова-ного дейтпр(ю в приловерхневу область зразка при Tg = 4,2 К.

Основн1 результати дисертацп опубткованi в таких роботах:

1. Панченко О.А., Луцишин ПЛ.// ЖЭТФ, 1969, 57, вып. 11, с. 1555

- 1560.

2. PanchenKo О.А., Lutsishin P.P., Ptushinskii Yu.G., Shishkov V.V.

Surf. Sci., 1973, 34, p. 187 - 192.

3. Луцишин П.П., Панченко O.A., Харламов A.A. // ЖЭТФ, 1973, 64,

вып. 6, с. 214В - 1253.

4. Панченко O.A., Луцишин П-П., Птушинский Ю.Г. //ЖЭТФ, 1974,

66, вып. 6, с. 2191-2197.

5. Lutsishin P.P., PanchenKo O.A., Ptushinskii Yu.G., Katrich N.P. //

Surf. Sei., 1975, 47, p. 681 - 684.

6. Гришин A.M., Луцишин П.Л.,. Остроухое Ю.С., Панченко O.A., //

ЖЭТФ, 1979, 76, вып. 4, с. 1325-1341.

7. Луцишин П.П., Находкин T.il., Панченко O.A., Птушинский Ю.Г. //

Письма в ЖЭТФ, 1980, 31, вып. 4, с.599-603.

8. Луцишин П.П., Находкин Т.Н., Панченко O.A., Птушинский Ю.Г. //

ЖЭТФ, 1982, 02, вып. 4, с. 1306 - 1317.

9. Луцишин П.П., Находкин Т.Н. // Поверхность, 1982, №12, с. 68 -

71.

10. Луцишин П.П., Панченко O.A., Сологуб C.B. // Письма в ЖЭТФ, 1985, 42, вып. 6, с. 253 - 255.

11. Луцишин П.П., Панченко O.A., Сологуб C.B. // Письма в ЖЭТФ, 1985, 41, вып. 1, с. 31 - 33.

12. Луцишин П.П., Панченко O.A., Сологуб C.B. // Поверхность, 1987, N<¡8, с. 22 - 26.

13. Луцишин П.П., Панченко O.A., Сологуб C.B. // Изв. АН СССР, сер. физ., 1988, 52, №8, с. 1466 - 1470.

14. Ватаманюк В.И., Кундзич А.Г., Луцишин П.П., Панченко O.A., Шпагин В.Ф. // Поверхность, 1990, №11, с. 46 - 52.

15. Ватаманюк В.И., Городецкий Д.А., Кундзич А.Г., Луцишин П.П., Мельник Ю.П., Панченко O.A., Усенко В.А., Ясько A.A. // Поверхность, 1990, № 1, с. 18 - 26.

16. Kundzieh A.G., Lutsishin P.P., Panchenko O.A., Sologub S.V., Shpagin V.F. // Surf. Sei., 1991, 248, p. 207 - 214.

17. Lutsishin P.P., Panchenko O.A., Shpagin V.F., // Surf.Sci., 1992, 278, p. 218 - 228.

18. Луцишин П.П., Панченко O.A., Сологуб C.B., Шпагин В.Ф. // Изв. РАН., сер.физ., 1994, 58, №10, с. 106 - 110.

19. Koval V.F., Lutsishin P.P., Panchenko O.A., Sologub S.V., // Surf. Sei., 1995, 331-333, p. 1317 - 1322.

20. Koval V.F., Lutsishin P.P., Panchenko O.A., Sologub S.V. // D2-W(10û): Adsorption and penetration into volume. Proceedings of the TFPA'94 Conference, Shanghai, 1994, p. 289.

Цитована литература

1. Андреев А.Ф., // УФН, 1971, 105, вып. 1, с. 113-124.

2. Грин Р.Ф. // В кн.: Поверхностные свойства твердых тел, - М.,

Мир, 1972, гл. 2, с. 104 - 154.

3. Цой B.C., Колисниченко Ю.А. // ЖЭТФ, 1980, 78, вып. 5, с. 2047

- 2061.

4. Харламов A.A., Панченко O.A., Яковкин H.H. // ЖЭТФ, 1976, 71,

вып. 2(8), с. 760 - 765.

5. Becker О.М., Ben-Shaut. // Phys. Rev. Lett., 1988, 61, №25, p. 2859 - 2862.

6. Двуреченских В.В., Осовскнй В.Д., Пгушннский /О.Г.,

Сукретный В.Г., Чуйков Б.А. // Письма в ЖЭТФ, 1991, 54, вып. 1, с. 41 - 43.

7. Gomer R., Wortman R., Lundy R. // / Chem. Phys., 1957, 26, №5,

p. 1147 - 1164.

8. Азбель М.Я. // ЖЭТФ, 1963, 44, №3, с. 983 - S98.

9. Песчанский В.Г., Азбель М.Я. // ЖЭТФ, 1968, 55, N5, с. 1980 -

1996.

10. Луцишин П.П., Находкин Т.Н., Панченко O.A., Птушинский Ю.Г. // Письма в ЖЭТФ, 1980, 31, вып. 10, с. 599 - 603.

П. Engel T., Nichus H., Bauer Е.//Surf.Sa., 1975, 52, №2, p. 237 -262.

12. Бойко В.В., Гаспаров В.А. // ЖЭТФ, 1971, 61, Ns 6, с. 2362 -2372.

13. Копелиозич А.И. // ЖЭТФ, 1980, 78, вып.З, с. 987 - 1007.

14. Кириченко О.В., Песчанский В.Г., Савельева С.Н. // ЖЭТФ, 1979, 77, вып.5(11), с. 2045 - 2059.

15. Беэаенюк В.Е., Ищук В.А., Птушинский Ю.Г., Федорус А.Г. // ФТТ, 1979, 21, вып. 5, с. 1273 - 1279.

16. Гончар В.В., Канаш О.В., Наумовец А.Г., Федорус А.Г. // Письмо в ЖЭТФ, 1976, 28, №6, с. 358 - 362.

17. Bauer Е„ Рорра H., Todd G;, Davis P.R. // J. AppL Phys.,Wl, 48, №9, p. 3733 - 3787.

18. Estrup P.J., Anderson J. // J.Chem.Phys., 1966, 45, №6, c. 2254 -2260.

19. King D.A., Thomas G. // Surf. ScL.mO, 92, p. 201 - 236.

20. Гришин A.M., Луцишин П.П., Остроухое Ю.С., Панченко O.A.// . ЖЭТФ, 1979, 76, вып. 4, с. 1325 - 1341.

Луцйшин П.П. Взаимодействие изотопов водорода с основными гранями вольфрама и молибдена при низких температурах рукопись). Диссертация на соискание ученой степени доктора фи-ико-математических наук по специальности 01.04.04. - физическая лектроника, Институт Физики НАН Украины, Киев, 1996.

Защищается 20 работ по физике поверхности. С помощью ме-одов, основанных на размерных явлениях, в работе исследована орреляция между структурой граничного атомного слоя и характе-ом отражения электронов проводимости от поверхности, роль элек-эонно-дырочных перебросов в поверхностной проводимости, харак-гр поверхностной диффузии изотопов водорода, а также роль редсостояний в образовании двумерных фаз адсорбата.

Ltitsishin P.P. Isotopes of hydrogen on basic faces of tungsten nd molybdenum at low temperatures (manuscript).

The dissertation advanced for a degree, of Doctor of Science 'hysica and Mathematics) in the speciality of 01.04.04. Physical ectronlcs, Institute of Physics NAS of Ukraine, Kiev, 1996.

There are 20 scientific papers, concerning surface science. TJie jrrelation betwen a structure of atomic layer and character of induction electrons reflection from a surface, the role of electron-hole ansfers involving surface conductions, the character of surface ffusion of hydrogen isotopes as well as the role of precursor states in irmation of two-dimensional adsórbate phases have been investigated ' the techniques based do size phenomena.

1Ючов/ слова:, ¡зотопи водню, вольфрам, мол1бден, гальваномагн!т-hí розм1рм1 явища, статичний ctdH-ефект, осциляцм Зондгеймера, поверхня Ферм1, електронно-дгрков1 переходи, пром'(Жн1 стани, дифуэт.

111ДП. «.о лруну £ Ч09&6 Формат в0х84'Д».

11ап1р АРук. Л> / . Саос1б дууку офсегннй. Умовн. Друк. арк. £.¿2. Умоин. форбо-вЫ®, НО , Обл.-вид. арк. е.Ъ . Тираж. 100 ■ Зам. М 6-

Ф1рма «ВШОЛ» 252161, Кит, аул. Волинська, 60.