Теоретические исследования физических свойств наноструктур на поверхности меди (1104928), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Äëèíà ñâÿçè â èäåàëüíîéÖÊ ñòðóêòóðå ðàâíà 2.556A. Çâåçäî÷êîé (*) îòìå÷åíû àòîìû n=1-3, êîòîðûå ñòàíîâÿòñÿ íåýêâèâàëåíòíûìè â ñëó÷àå íàìàãíè÷èâàíèÿ âäîëü Õíàïðàâëåíèÿ.èñ. 1:ijçà ñ÷åò êðàéíèõ àòîìîâ. Ýòè àòîìû ñìåùàþòñÿ â íàïðàâëåíèè öåíòðàêëàñòåðà è çàíèìàþò ïîëîæåíèÿ ñ áîëåå êîðîòêîé äëèíîé ñâÿçè, ÷åì âèäåàëüíîé ÖÊ ñòðóêòóðå. Ýåêò àòîìíîé ðåëàêñàöèè äëÿ ìàëûõ êëàñòåðîâ êîáàëüòà íà ïîâåðõíîñòè ìåäè ñîñòàâëÿåò 8 %, äëÿ ïîãðóæåííûõêëàñòåðîâ6 %. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàçìåðàêëàñòåðîâ âëèÿíèå êðàéíèõ àòîìîâ ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå è ñðåäíÿÿ äëèíà ñâÿçè óâåëè÷èâàåòñÿ è ýåêòàòîìíîé ðåëàêñàöèè 2-3 %.Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî êëàñòåð ïðèâîäèò ê äåîðìàöèè ïîâåðõíî9ñòè è âûçûâàåò íåîäíîðîäíûå ñìåùåíèÿ àòîìîâ â ñèñòåìå. Íà ðèñ.
1ïðåäñòàâëåíû àòîìíûå ñâÿçè è âåðòèêàëüíûå ñìåùåíèÿ (ïî îòíîøåíèþê èäåàëüíîé ïîâåðõíîñòè) ìàëûõ êëàñòåðîâ ïîãðóæåííûõ â ïîâåðõíîñòüCu(001). Êàê âèäíî èç ðèñ. 1 àòîìû â êëàñòåðå âçàèìîäåéñòâóþò ïî ðàçíîìó, âñå çàâèñèò îò òîãî, ãäå àòîì íàõîäèòñÿ, êàêîå ó íåãî îêðóæåíèåè.ò.ä. Êàê áûëî ïîêàçàíî, ðàâíîâåñíàÿ ãåîìåòðèÿ ïîãðóæåííûõ êëàñòåðîâ ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò èäåàëüíîé ãåîìåòðèè.Ñðåäíèå çíà÷åíèå ÝÌÀ ∆E äëÿ ïîãðóæåííûõ êëàñòåðîâ.Îñè íàìàãíè÷èâàíèÿ Z, X è X+Y ïîêàçàíû íà ðèñ. 1.  ñêîáêàõ óêàçàíûçíà÷åíèÿ ÝÌÀ äëÿ èäåàëüíîé ãåîìåòðèè.Òàáëèöà 1:ÊëàñòåðCo1Co4Co5Co9(meV/àòîì)-1.82 (-2.58)-0.30 (-0.60)-1.22 (-1.47)-0.78 (-0.91)∆E(X, Z)(meV/àòîì)-1.75 (-2.42)-0.32 (-0.65)-1.20 (-1.51)-0.68 (-0.86)∆E(X + Y, Z) òðåòüåé ãëàâå ðàññìàòðèâàåòñÿ âëèÿíèå àòîìíîé ðåëàêñàöèè íàìàãíèòíûå è ýëåêòðîííûå ñâîéñòâà àòîìîâ â êëàñòåðå äëÿ äâóõ êîíèãóðàöèé: èäåàëüíàÿ ãåîìåòðèÿ è ñðåëàêñèðîâàííàÿ. òàáëèöå 1 ïðåäñòàâëåíû ðàñ÷åòû ýíåðãèè ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè(ÝÌÀ) äëÿ àòîìà Co è äëÿ êëàñòåðîâ Co4, Co5 è Co9 â ïîâåðõíîñòèCu(001) äëÿ ðàâíîâåñíîé è èäåàëüíîé ãåîìåòðèè(çíà÷åíèÿ â ñêîáêàõ).Ôèçè÷åñêèé ñìûñë ÝÌÀ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ÝÌÀ îïðåäåëÿåòîðèåíòàöèþ íàìàãíè÷èâàíèÿ êëàñòåðà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè.
Âíàøåì ñëó÷àå ýòî ðàçíîñòü ýíåðãèé ìåæäó äâóìÿ íàïðàâëåíèÿìè:10Îðáèòàëüíûå ìàãíèòíûå ìîìåíòû L äëÿ Z, X, è X+Y íàïðàâëåíèé íàìàãíè÷åííîñòè, è ñïèíîâûå ìàãíèòíûå ìîìåíòû M àòîìîâCo àòîìîâ â êëàñòåðàõ (ñì. ðèñ. 1).  ñêîáêàõ óêàçàíû çíà÷åíèÿ äëÿ èäåàëüíîé ãåîìåòðèè, âñå âåëè÷èíû óêàçàíû â µ .mÒàáëèöà 2:BÊëàñòåð ÀòîìCo11Co411∗Co5122∗Co9122∗33∗mmLmZ (µB ) LX (µB ) LX+Y (µB ) M(µB )0.51(0.67)0.15(0.19)0.15(0.19)0.09(0.13)0.22(0.30)0.22(0.30)0.10(0.13)0.13(0.16)0.13(0.16)0.18(0.21)0.18(0.21)0.61(0.80)0.20(0.27)0.20(0.27)0.15(0.20)0.40(0.46)0.27(0.38)0.19(0.24)0.19(0.24)0.17(0.21)0.28(0.32)0.28(0.32)110.60(0.79)0.16(0.22)0.24(0.31)0.15(0.20)0.35(0.43)0.35(0.43)0.19(0.25)0.18(0.22)0.18(0.22)0.25(0.29)0.26(0.30)1.26(1.54)1.68(1.70)1.68(1.70)1.78(1.82)1.51(1.63)1.51(1.63)1.76(1.80)1.70(1.73)1.70(1.73)1.65(1.66)1.65(1.66)Z ïåðïåíäèêóëÿðíîìê ïîâåðõíîñòè è X , X + Y ïàðàëëåëüíîì êïîâåðõíîñòè.
Îñè X , Y è Z ïîêàçàíû íà ðèñ. 1. Îòðèöàòåëüíîåçíà÷åíèå ÝÌÀ îçíà÷àåò, ÷òî íàìàãíè÷åííîñòü êëàñòåðà íàïðàâëåíàïàðàëëåëüíî ê ïîâåðõíîñòè. åçóëüòàòû, ïîêàçàííûå â òàáëèöå 1, ÿñíîäåìîíñòðèðóþò, ÷òî àòîìíûå ðåëàêñàöèè â ïîãðóæåííûõ êëàñòåðàõçíà÷èòåëüíî óìåíüøàþò ÝÌÀ.
Íàèáîëüøèé ýåêò âèäåí äëÿ Co èCo4, äëÿ êîòîðûõ ýåêò ðåëàêñàöèè íàèáîëåå áîëüøîé (ñì. ðèñ. 1). òàáëèöå 2 ïðåäñòàâëåíû îðáèòàëüíûå Lm è ñïèíîâûå M ìàãíèòíûåìîìåíòû àòîìîâ Ñî â êëàñòåðàõ. Êàê âèäíî èç òàáëèöû 2 ìàãíèòíûåìîìåíòû àòîìîâ âñåõ êëàñòåðîâ íàïðàâëåíû âäîëü îñåé X è X + Y .Çäåñü ïðåäñòàâëåíà òîëüêî ýëåêòðîííàÿ ÷àñòü ýíåðãèè àíèçîòðîïèè,ïîòîìó ÷òî âêëàä äèïîëüäèïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèé î÷åíü ìàë äëÿìàëûõ êëàñòåðîâ, íàïðèìåð äëÿ êëàñòåðà ñ äåâÿòüþ àòîìàìè ýòî âñåãîëèøü 0.03 meV/àòîì.Àíàëèç ñïèíîâûõ è îðáèòàëüíûõ ìîìåíòîâ ðàçíûõ êëàñòåðîâ (òàáëèöà 2) ïîêàçàë, ÷òî îäèíî÷íûé àòîì êîáàëüòà èìååò íàèáîëüøèé îðáèòàëüíûé ìîìåíò â îáîèõ ñëó÷àÿõ (èäåàëüíîì è ðàâíîâåñíîì).
Ïðè óâåëè÷åíèè àòîìîâ â êëàñòåðå ñïèíîâûé ìàãíèòíûé ìîìåíò ó àòîìîâ óâåëè÷èâàåòñÿ, òàê êàê ìàãíèòíûå ìîìåíòû â ïîãðóæåííûõ êëàñòåðàõ ñòàáèëèçèðóþòñÿ è óâåëè÷èâàþòñÿ èççà âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó àòîìàìè êîáàëüòà. Îðáèòàëüíûå æå ìîìåíòû ïîãðóæåííûõ êëàñòåðîâ çíà÷èòåëüíîïîäàâëÿþòñÿ âçàèìîäåéñòâèÿìè ìåæäó àòîìàìè. Íàïðèìåð, îðáèòàëüíûå ìîìåíòû öåíòðàëüíûõ àòîìîâ è êðàéíèõ àòîìîâ â êëàñòåðå Co9 â35 ðàç ìåíüøå ÷åì â ñëó÷àå îäèíî÷íîãî àòîìà êîáàëüòà.Ñðàâíåíèå ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ 9òè àòîìíîãî êëàñòåðà êîáàëüòà íà12ïîâåðõíîñòè è â ïîâåðõíîñòè ïîêàçàëî, ÷òî ïîãðóæåíèå êëàñòåðà â ìåäíóþ ïîâåðõíîñòü óìåíüøàåò ÝÌÀ è äåëàåò ðàñïðåäåëåíèå îðáèòàëüíûõìîìåíòîâ áîëåå îäíîðîäíûì.
ÝÌÀ êðàéíèõ àòîìîâ (àòîìû 3∗, 3) óìåíüøàåòñÿ ïî÷òè â äâà ðàçà ïðè ïîãðóæåíèè. Ñòîèò òàê æå îòìåòèòü, ÷òî îðáèòàëüíûå ìîìåíòû äëÿ ïåðïåíäèêóëÿðíîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ ìåíåå ÷óâñòâèòåëüíû ê âûøåóïîìÿíóòûì èçìåíåíèÿì.×åòâåðòàÿ ãëàâà ïîñâÿùåíà ðåçóëüòàòàì èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû,êâàíòîâûõ ýåêòîâ è ìàãíåòèçìà â íàíîêîíòàêòàõ.Àíàëèç äëèí ñâÿçåé êîíòàêòîâ ðàçëè÷íûõ ìåòàëëîâ (Cu, Co, Fe, Rh,Pd) óêàçàë íà äâå õàðàêòåðíûå îñîáåííîñòè ñòðóêòóðíûõ ñâîéñòâ íàíîêîíòàêòîâ: ðàññòîÿíèÿ ìåæäó àòîìàìè â êîíòàêòå îòëè÷íî îò ðàññòîÿíèé ìåæäó àòîìàìè â èäåàëüíîì êðèñòàëëå; ðàñïðåäåëåíèå äëèí ñâÿçåéàòîìíûõ êîíòàêòîâ íåîäíîðîäíî.
àñ÷åòû âûïîëíåííûå â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 0100 Ê ïîêàçàëè áîëüøóþ ñòàáèëüíîñòü êîíòàêòîâ. äàííîé ãëàâå áûëè èññëåäîâàíû ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé â íàíîêîíòàêòàõ ìåäè. Èçìåíåíèÿ ñðåäíåãî ãèäðîñòàòè÷åñêîãî íàïðÿæåíèÿ(óñðåäíåííîãî ïî àòîìàì) â ìåäíîì êîíòàêòå ïðè ðàñòÿæêå ïîêàçàíî íàðèñ. 2. àñ÷åò áûë ïðîèçâåäåí ïðè T=0 K äëÿ 5òè àòîìíîãî êîíòàêòà,ðàñïîëîæåííîãî ìåæäó äâóìÿ ïîâåðõíîñòÿìè (ýëåêòðîäàìè).Ïðè ðàññòîÿíèè 11 A ìåæäó ýëåêòðîäàìè (òî÷êà à íà ðèñ. 2) êîíòàêòíàõîäèòñÿ â ñæàòîì ñîñòîÿíèè è êàê ñëåäñòâèå ñðåäíåå ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå îòðèöàòåëüíî.
Äàëåå ïðè ðàñòÿæêå íàíîêîíòàêòà íàïðÿæåíèå â öåïè óâåëè÷èâàåòñÿ ëèíåéíî è ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèèðàññòîÿíèé ìåæäó ýëåêòðîäàìè (òî÷êà á íà ðèñ. 2) ñðåäíåå ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ìåíÿåò çíàê. Òàêèì îáðàçîì, íàíîêîíòàêò ïåðåõîäèò13%/0,/0/$./0+./0,#& !" !"/0+/0-%/0/$#./0-./02.*0/./01***0/*+*"*+"#'()*,,-*-Ñðåäíåå ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå (óñðåäíåííîå ïî àòîìàì)p â ìåäíîì êîíòàêòå; ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå íà îòäåëüíûõ àòîìàõâ êîíòàêòå äëÿ òî÷åê à, á è â (âñòàâêà).èñ. 2:σèç ñæàòîãî ñîñòîÿíèÿ â ðàñòÿíóòîå.  îïðåäåëåííîé òî÷êå ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ðåçêî óìåíüøàåòñÿ (òî÷êà â íà ðèñ. 2), è êîíòàêòðàçðûâàåòñÿ.
Ôèçè÷åñêèé ñìûñë ãèäðîñòàòè÷åñêîãî íàïðÿæåíèÿ ñëåäóþùèé: êîãäà íàïðÿæåíèå îòðèöàòåëüíîå, êîíòàêò íàõîäèòñÿ â ñæàòîìñîñòîÿíèè, åñëè æå íàïðÿæåíèå ïîëîæèòåëüíîå, òî êîíòàêò ðàñòÿíóò. Âòî÷êå, ãäå ñðåäíåå ãèäðîñòàòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ðàâíî íóëþ ñèëû, äåéñòâóþùèå íà àòîìû öåïî÷êè î÷åíü ìàëû è äàííàÿ ñèñòåìà ýíåðãåòè÷åñêèáîëåå ñòàáèëüíà, ÷åì âñå îñòàëüíûå. Ñèëà ðàçðûâà öåïî÷êè, ò.å. ìèíèìàëüíàÿ ñèëà íåîáõîäèìàÿ äëÿ ðàçðûâà ñâÿçè ìåæäó äâóìÿ àòîìàìè âöåïî÷êå ðàâíà 1.4 nN. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ñèëà ðàçðûâà â êðèñòàëëå (îáúåìå)0.8 nN. Äàííûé àêò ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì ÷òî ñâÿçü â êîíòàêòå áîëåå14ïðî÷íàÿ ÷åì â êðèñòàëëå.LM&??QR$QR#QR"QR!QRQR?#ST?#??#??#I+)JKÊâàíòîâûé ðàçìåðíûé ýåêò: ðàçâèòèå êâàçè îäíîìåðíîé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû â êîíòàêòàõ ìåäè, ñîñòîÿùèõ èç 16 àòîìîâ; ïðåäñòàâëåíû òîëüêî s ñîñòîÿíèÿ íà öåíòðàëüíîì àòîìå.èñ. 3:Òàê æå ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî ëîêàëüíîå íàïðÿæåíèå íà àòîìàõ öåïî÷êè ìåäè íåîäíîðîäíî (ñì.
âñòàâêó íà ðèñ. 2). Ïðè÷èíà ýòîãî çàêëþ÷åíà âòîì, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå ðàññòîÿíèé ìåæäó àòîìàìè òàê æå íåîäíîðîäíî.È òîëüêî ïåðåä ðàçðûâîì êîíòàêòà äëèíà ñâÿçåé ñòàíîâèòñÿ ðàâíîìåðíûì è êàê ñëåäñòâèå íàïðÿæåíèå â öåïî÷êå îäíîðîäíî.Îäíèì èç âàæíûõ âîïðîñîâ ÿâëÿåòñÿ èçìåíåíèå ýëåêòðîííûõ ñâîéñòâíàíîêîíòàêòîâ ïðè ðàñòÿæêå. Äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó ýëåêòðîííûìè ñâîéñòâàìè è ñòðóêòóðîé, áûëà ðàññ÷èòàíà ëîêàëüíàÿ ïëîòíîñòü15ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé äëÿ àòîìîâ ìåäè â êîíòàêòå. îòëè÷èå îò èäåàëèçèðîâàííîãî ñëó÷àÿ ëîêàëüíàÿ ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé íàíîêîíòàêòîâ áîëåå ðàçìûòà ïî ýíåðãèè (øèðèíà ðåçîíàíñíûõ ïèêîâ áîëüøå), òàê êàê êîíòàêò îáëàäàåò êîíå÷íîé äëèíîé, è àòîìû âçàèìîäåéñòâóþò ñ ýëåêòðîäàìè.
àçâèòèå îäíîìåðíûõ ñîñòîÿíèé è èõ ñìåùåíèÿ ê áîëåå íèçêèì ýíåðãèÿì ïðè óâåëè÷åíèè ÷èñëà àòîìîâ â êîíòàêòåõîðîøî âèäíî íà ðèñ. 3. Äâèæåíèå ïèêîâ îïèñûâàåòñÿ êàê L−2 , ãäå Lðàññòîÿíèå ìåæäó ýëåêòðîäàìè. Ïîäîáíûå èçìåíåíèÿ ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé ïðåêðàñíî ïîêàçûâàþò âçàèìîñâÿçü ìåæäó ýëåêòðîííûìè è ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè íàíîêîíòàêòîâ è óêàçûâàþò íà òîò àêò, ÷òî, ìåíÿÿäëèíó êîíòàêòîâ, ìû ìîæåì óïðàâëÿòü åãî ýëåêòðîííûìè ñâîéñòâàìè. ýòîé æå ãëàâå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ 4d ìàãíåòèçìà â ìåòàëëè÷åñêèõ êîíòàêòàõ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî êëàñòåð ïàëëàäèÿ íàìåäíîé ïîâåðõíîñòè ÿâëÿåòñÿ íåìàãíèòíûì (ñì.
ðèñ. 4). Íåìàãíèòíûìèáóäóò è òîëñòûå êîíòàêòû, îäíàêî êàê ïîêàçàëè ðàñ÷åòû, ïðè äàëüíåéøåì ðàñòÿæåíèè îáðàçóåòñÿ àòîìíûé êîíòàêò, àòîìû êîòîðîãî îáëàäàþòìàãíèòíûì ìîìåíòîì (ðèñ. 4). Ïðè ýòîì èççà áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè4d âîëíîâûõ óíêöèé âëèÿíèå àòîìíûõ ðåëàêñàöèé íà ìàãíåòèçì 4d ñèñòåì áóäåò íàìíîãî áîëüøå, ÷åì äëÿ 3d ñèñòåì.Äëÿ òðåõàòîìíûõ êîíòàêòîâ Pd3 è Rh3 áûëè íàéäåíû åððîìàãíèòíûå ñîñòîÿíèÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
