Суперструктура поверхности

Суперструктура поверхности (англ. surface superstructure) — термин, используемый для обозначения специфической структуры верхнего атомного слоя (или нескольких слоев) кристалла[1].

Описание

Возникновение термина «суперструктура» обусловлено тем, что структура поверхностного слоя может сильно отличаться от структуры нижележащих слоев кристалла, причем это имеет место даже для атомарно-чистых поверхностей, в отсутствие каких-либо посторонних адсорбатов[1].

Запись для обозначения определенной суперструктуры связывает её двумерную решетку с решеткой идеальной плоскости подложки. Обычно это делается с помощью одного из двух способов, представленных ниже.

Запись, предложенная Парком и Мадденом, заключается в определении матрицы, которая устанавливает связь между векторами примитивных трансляций поверхности и векторами примитивных трансляций идеальной плоскости подложки. Если {a_s,b_s} и {a,b} — векторы трансляций суперструктуры и плоскости подложки соответственно, то они могут быть описаны соотношениями

${\displaystyle {\begin{aligned}{\textbf {a}}_{s}&=G_{11}{\textbf {a}}+G_{12}{\textbf {b}},\\{\textbf {b}}_{s}&=G_{21}{\textbf {a}}+G_{22}{\textbf {b}}.\end{aligned}}}$

и суперструктура может быть представлена в виде матрицы G

${\displaystyle {\begin{aligned}G=\left({\begin{array}{cc}G_{11}&G_{12}\\G_{21}&G_{22}\end{array}}\right).\end{aligned}}}$

Иногда используется и запись в виде (G₁₁, G₁₂)×(G₂₁, G₂₂).[1]

Более наглядная, но менее универсальная запись была предложена Элизабет Вуд. В этой записи указывается отношение длин векторов примитивных трансляций суперструктуры и плоскости подложки. Если необходимо, то указывается и угол, на который следует повернуть элементарную ячейку поверхности, чтобы её оси совместились с векторами примитивных трансляций подложки. Таким образом, если на поверхности подложки X(hkl) образовалась суперструктура с векторами примитивных трансляций |a_s|=m|a|, |b_s|=n|b| и углом поворота φ, то эта суперструктура описывается в виде X(hkl)m×n-Rφ.[1]

Если оси элементарной ячейки совпадают с осями подложки, т. е. φ = 0, то нулевой угол поворота не указывается (например, Si(111)7×7). Для обозначения центрированной решетки используется буква c (например, Si(111)c(4×2)). Если образование суперструктуры вызвано адсорбатом, то в конце записи указывается химический символ этого адсорбата (например, Si(111)4×1-In) .[1]

Реконструкцию поверхности изучают с помощью методов чувствительных к расположению атомов на поверхности таких как дифракция медленных электронов и сканирующая туннельная микроскопия.

Примечания

1. Зотов Андрей Вадимович, Саранин Александр Александрович. Суперструктура поверхности, «Словарь нанотехнологичных терминов»  (неопр.). Роснано. Дата обращения: 21 августа 2012. Архивировано 1 ноября 2012 года.

Литература

• Park R. L., Madden H.H. Annealing changes on the (100) surface of palladium and their effect on CO adsorption // Surface Science. 1968. V. 11, №2. P. 188–202.
• Wood E. A. Vocabulary of surface crystallography // J. Appl. Phys. 1964. V. 35, №4. P. 1306–1312.
• Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / Под ред. В. И. Сергиенко. — М.: Наука, 2006. — 490 с.