Суперструктура поверхности

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

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.

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

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

и суперструктура может быть представлена в виде матрицы G

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

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

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.

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) .

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

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.