Fyzika povrchů

Z ωικι.matfyz.cz
Přejít na: navigace, hledání
Fyzika povrchů
Kód předmětu: NNEVF129
Přednáší: doc. RNDr. Jiří Pavluch, CSc.

Obecné informace k předmětu[editovat | editovat zdroj]

Zápisy z přednášek[editovat | editovat zdroj]

9. 10. 2008

Definice povrchu:[editovat | editovat zdroj]

není univerzální, závisí na aplikaci.

  • Někdy několik Å, někdy i několik μm.
  • závisí na skupenství látky
    • pro kapaliny – hustota látky v objemu klesne na hustotu nasycených par – pokles – přechod – spojitý – povrch je uprostřed poklesu (viz. ks obr. 1.1)

zpravidla „poslední atomová rovina”. Narušení je ale dávno před tím.

dva pojmy

  • povrch
  • okraj – nevhodný překlad slova selvedge: liší se uspořádáním či složením

Geometrická struktura povrchu[editovat | editovat zdroj]

Ideální povrch: dokonalá, bez příměsí (méně než 1 % ?) čisté – prakticky problém, monokrystalický

získání vhodného povrchu: potřeba dobře definovaný – musíme vědět co čekat.

vpravíme do UHV

  • špinavý povrch – očistíme, tepelné čištění, iontový bombard (defekty po bombardu zlepšíme tepelným ohřátím – mřížka relaxuje, ale pak zase nečistoty z objemu)
  • špinavý povrch vpravíme do UHV – odstraníme: lámání, štípáníčistý povrch vytvoříme, napařování, naprašován,

Reálný monokrystalický povrch: poloha roviny asymetrická, nečistoty i poruchy různé Defekty v uspořádání atomů – rekonstrukce (změna uspořádání) – relaxace (změna mezirovinných vzdáleností) Znaménko relaxace může být různé pro různé povrchy i pro různé roviny u jednoho povrchu.


Typy vazeb v pevných látkách:

  • Van der Waalsovy – atomy se vážou jako celek – výměnné síly – přitažlivé působení časově proměnných dipólu atomů. Např. Ar, CO2, krystalizace za nízkých teplot
  • kovová – plyn e-P mezi atomovými zbytky Wignerovy-Seitzovy buňky vyhlazeny na povrchu
    • krystalické struktury kovů

příklad znaménka relaxace -u Fe závisí na

  • hrubosti (jak dobře řízneme podél roviny) povrchu. Vysoká čísla rovin – vysoká hrubost velké % relaxace
  • vzdálenosti od povrchu (ks. obr. 1.3.)

rekonstrukce kovů nejsou tak časté, ale často vyvolané

Př. W c(2x2). Závisí i na tom, čím byla rekonstrukce indukována


  • kovalentní vazba – vazby silné, společné orbity – směrované. Čistě kovalentní vazba je u látek pouze u látek z jednoho typu atomů – homeopolární látky. U různých prvků není vazba ryze kovalentní. Těžiště e- se posunuje k prvku s větší elektronegativitě.

látky se čtyřmi vazbami mají př. diamantovou, sfaleritovou apod stavbu.

  • inotová – když už je rozdíl elektronegativit velký (není přesně určeno – zvyk). Iontová vazba převládá nad kovalentní. e- jsou vázány silně, látka izolant. Stejně atomů jednoho typu a druhého (jako NaCl). Na povrchu se atomy nemohou obklopovat atomy => snižování volné povrchové energie – fazety.
  • molekulární – kvalitativní rozdíl – stavební prvky nyní celé molekuly Wan der Waalsovy síly okrajovými atomy, nebo elektricky – polární látky

Amorfní a polykrystalické látky – lokálně krystalické, popis je obdobný jako u krystalů, ale perioda struktury se zvolí obrovská


Elektronová struktura povrchu[editovat | editovat zdroj]

Elektronová struktura v objemu (opakování)[editovat | editovat zdroj]

Volný elektron – rovinná vlna. vlnový vektor reálný $ \psi = A e^{i \vec{k} \cdot \vec{r}} $, energie $ E = \frac{\hbar^2 k^2}{2m} $

Elektron v dokonalém nekonečném krystalu: Blochova vlna, téměř rovinná:

$ \psi = A u_k(\vec r)e^{i \vec k \cdot \vec r} $

uk je periodické s mříží. Spektrum energií se rozpadá na pásy. V pásu je spojitá. Pokud k vyhovuje řešení tak i n+ k je taky v pořádku

Elektron v dokonalém konečném krystalu (Lx, Ly, Lz): Blochové vlny platí. Ale ještě pořešit rozměry. Nejlepší cyklické okrajové podmínky. Energetické spektrum se rozpadne na diskrétní hladiny. Počet je roven počtu atomů tvořící krystal – slušné přiblížení: stále pásové kvazispojité. (viz. ks obr. 1.7.) Kroning-Penny – pravoúhlé bariery místo reálného homolovitého tvaru potenciálu. Řešení ks s. 13.

Pro tunelování e- barierami mezi jednotlivými atomy je důležitá plocha bariéry (V+ -E)b – míra vazby k jednotlivému atomu.