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

Si(100) nem rekonstruált Si(100) rekonstruált

A Si(111) felület 600 K feletti hőkezelés hatására (7x7) szerkezetben rekontruált, a tömbi szerkezetnek megfelelő (1x1) szerkezetet a hidrogén atomokkal történő adszorpció stabilizálhatja.