Введение в физику поверхности

Введение в физику поверхности

Автор программы: д. ф.-м. н., Ионов А.М.

Цель дисциплины: Изучение основ методов исследования электронной и атомно-кристаллической структуры поверхности и возможности их применения при исследовании новых материалов.
Задачи: ознакомить студентов с физическими основами методов исследования поверхности, с инженерными основами вакуумной техники и развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по физике систем, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса. Задача курса состоит в изложении базовых знаний о том, как устроены поверхности твердых тел, какими специфическими свойствами они обладают, и какие процессы протекают на поверхности. В курсе рассматриваются атомная и электронная структура поверхности, поверхности раздела металл - полупроводник, гетероструктуры, адсорбция, химические реакции и рост пленок, а также основные современные методы исследования поверхности.

Краткое содержание дисциплины:

1	Введение. Роль поверхности в различных физико-химических процессах.
2	Физика и техника сверхвысокого вакуума. Особенности газодинамики при низких давления. Длина свободного пробега молекул. Степени вакуума. Механические безмасляные насосы - диафрагменные, турбомолекулярные насосы. Пароструйные, магниторазрядные, ионосорбционные, криогенные насосы. Методы измерения давления в вакуумных системах. Основные элементы конструкций вакуумных систем. Материалы, используемые в вакуумной технике. Методы получения атомарно-чистой поверхности: термическая десорбция; ионное травление; каталитические реакции; напыление; скол в вакууме. Методы получения атомарно-чистой поверхности: термическая десорбция; ионное травление; каталитические реакции; напыление; скол в вакууме.
3	Основы двумерной кристаллографии. Двумерные решетки. Индексы Миллера плоскостей кристалла. Индексы направлений. Описание структуры поверхности. Двумерная обратная решетка. Атомная структура поверхности. Релаксация, реконструкция, их механизмы. Связь физических свойств поверхности с ее структурой. Структурные дефекты поверхности.
4	Методы исследования поверхности. Дифракционные методы исследования поверхности. Дифракция медленных и быстрых электронов (ДМЭ. ДОБЭ). Рентгеновская дифракция под скользящими углами. Фотоэлектронная дифракция.
5	Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия: физические основы метода, особенности эксперимента и оборудование.
6	Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия. Исследования с применением синхротронного излучения. Резонансная фотоэмиссия.
7	Электронная Оже-спектроскопия. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов.
8	Методы и принципы ионной спектроскопии. Масс-спектроскопия вторичных ионов: физические основы метода, особенности эксперимента и оборудование. Термодесорбционная спектроскопия.
9	Зондовые методы исследования поверхности. Сканирующая туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. ИК и рамановская спектроскопия.
10	Электронная структура и свойства поверхности. Поверхностные электронные состояния. Пространственное распределение потенциала и электронной плотности на поверхности металла, осцилляции Фриделя. Поверхностные плазмоны. Работа выхода и ее составные части. Методы измерения работы выхода.
11	Электронные и атомные процессы на поверхности твердых тел. Адсорбция и десорбция. Гетерогенные системы. Межфазная граница. Явления на границе раздела фаз твердое тело-газ. Физическая и химическая адсорбция. Межмолекулярные взаимодействия при физической адсорбции. Моно-и полимолекулярная адсорбция. Модель адсорбции Ленгмюра. Адсорбционно-десорбционное равновесие. Теплота физической адсорбции. Типы химической связи при хемосорбции. Энергия активации и теплота адсорбции. Диссоциативная адсорбция. Хемосорбция на неоднородной поверхности. Адсорбция. Теория Брунауера-Эммета-Тейлора. Электронные состояния адатома. Изменение работы выхода при адсорбции, дипольная модель, модель Лэнга. Атомная структура адсорбированного слоя. Взаимодействие адсорбированных частиц. Десорбция, поверхностная диффузия.
12	Диффузия на поверхности твердых тел. Основные уравнения диффузии (случайное блуждание и законы Фика). Диффузия отдельного атома и химическая диффузия. Собственная диффузия и диффузия массопереносом. Анизотропия поверхностной диффузии. Атомные механизмы поверхностной диффузии. Экспериментальное изучение поверхностной диффузии.
13	Рост и структура тонких пленок. Рост пленок по механизму Фольмера и Вебера. Модели образования зародышей. Кинетика роста изолированного островка и в ансамбле. Кинетика поздних стадий роста пленки. Рост пленок по механизму Франка и Ван дер Мерве. Критическая толщина псевдорморфного слоя и его структура. Механизм релаксации упругих деформаций псевдоморфного слоя. Кинетическая модель слоевого роста. Барьер Швебеля. Структурные превращения при росте пленок по Крастанову и Странскому. Структура пленок. Аморфные, поликристаллические и монокристаллические пленки. Дефекты. Несоответствие решеток на границе раздела. Методы роста тонких пленок в вакууме. Молекулярная и твердофазная эпитаксия.
14	Формирование наноструктур. Атомное и молекулярное наноманипулирование.

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: зачет с оценкой.


				13.11.2024