relaxáció-rekonstrukció,
Kossel-modell,
fontosabb jelölések
Egykristályfelületek szerkezete és rekonstrukciói
fcc - face centred cubic / lapcentrált köbös hcp - hexagonal closed packed / szoros illeszkedésű hexagonális
1. réteg 2. réteg 3. réteg
bcc - body-centred cubic / tércentrált köbös hcp fcc
szorosan pakolt szerkezetek
nem szorosan pakolt szerkezet
(Ez a kategorizálás alapvetően fémekre vonatkozik, de sokszor kiterjeszthető más anyagokra is.)
A Miller-index fogalma, kristálytani síkok kijelölése
az (a,00) sík metszéspontja a tengelyekkel: a, ∞, ∞
értelmezzük az elemi cella oldalaira vonatkoztatott relatív koordinátákat: a/a, a/∞ , a/∞ azaz 1, 0, 0
általánosan, ha a metszéspont a/k, a/l és a/m, akkor amegfelelő Miller indexek: k, l, m
ekvivalens síkok
csökkenő felületi koncentráció és koordináció növekvő reakcióképesség
fcc (111) fcc (100) fcc (110)
felülnézet oldalnézet
bcc (111) Fe(111)
(Ezek a tömbbi síkoknak megfelelő, nem rekonstruált felületek.)
Változatos felületi szerkezeteket mutatnak a nagy miller indexű felületek
fcc (775) fcc (10,8,7)
A nanokrisztallitok felülete különböző sikokat (facets) mutat (egyensúlyi geometria)
És még sehol rekonstrukció ….? !
lépcsős felületek (stepped surfaces)
Kossel-modelladatomokatomi hibahelyekatomi lépcsőkkönyökhelyek (+ , -)
Felületi szerkezetek jelölése (Wood-jelölés, mátrix jelölés) fcc(111) fcc(100)
Substrate : fcc(100)Substrate unit cellAdsorbate unit cell
p, c, R - Wood-jelölés c( 2 x 2 )( 2 x 2)R45
p( 2 x 2 )
p( 2 x 2 )
p( 2 x 2 )
elemi cella
(1 x 1)
Mátrix jelölés
ahol a1 a2 az eredeti elemi cella vektorok, b1 b2 a kialakult új felületi szerkezet elemi cállájának vektorai
Mit nevezünk felületi rekonstrukciónak ill. relaxációnak ?
Felületi relaxáció: a tömbi szerkezetnek megfelelő atomi poziciótól történő bármilyen eltérés, ami lehet kollektív, mint pl. az atomi réteg-réteg távolság megváltozása, lehet ún. fonon-jellegű állóhullám (periodikus pozícióhullám).
Felületi rekonstrukció: a felületi atomi koncentráció lényegesen eltér a tömbi szerkezet alapján várható értéktől (lehet több is, kevesebb is), megjelenhet a tiszta anyag felületén, de kiválthatja felületi adszorpció is.
általában d (tömb) > d (1. –2. réteg)
nyitott szerkezetű fémfelületek esetében <pl. fcc(110)> az első-második réteg közötti távolság akár 10-15% eltérést is mutathat, s ez a jelenség periodikus és csökkenő módon akár 4-5 rétegig is kimutatható
Felületi relaxáció
A legfelső atomi réteg elfordulása az alatta lévő réteghez képest, ún. szuperrácsokat eredményez. Ez a jelenség nagyon gyakran előfordul a felületek növesztett atomi rétegek (epitaxia) esetén. A szuperrács elemi cellája lényegesen nagyobb, mint az eredeti rácsé.
Felületi rekonstrukció
A rekonstrukció hajtóereje általánosan a felületi szabadenergia csökkentése, amely fémek esetén kollektív jelenség (szabadelektronfelhő - atomtörzs kölcsönhatás). Kovalens anyagok esetén az ún. lógó kötések felületi koncentrációjának csökkenésével magyarázható. Ionos rácsok esetén a komponenseknek a felületen megváltozott sztöchiometriája okozta új fázisok (oxidok esetén redukált fázisok) megjelenésével értelmezhető.
Gyakori eset fémeken a hiányzó-soros rekonstrukció (főként ún. nyitott fcc(110) felületeken)
lokálisan nagyobb stabilitású (kisebb felületi szabadenergiájú) fcc(111) mikrolapok jönnek létre