Физика поверхности кристаллов
IV курс, VIII семестр, специализация «Наносистемы и наноустройства»
Лектор — профессор Образцов Александр Николаевич (физический факультет МГУ).
Лекций: 32 часа, практических занятий: 4 часа.
Физические свойства поверхности имеют важное значение для понимания процессов, происходящих в кристаллических материалах. Эта роль становится определяющей для наноматериалов, структурные элементы которых имеют нанометровый размер. В настоящее время интерес к изучению физики поверхности кристаллов существенно возрастает в связи с развитием наук о наноматериалах, нанотехнологиях, наносистемах и наноустройствах. В лекционном курсе содержатся базовые знания о кристаллографическом описании поверхности, методах изучения, различных физических эффектов, связанных с поверхностью кристаллов. В рамках курса студенты познакомятся с современными методами исследования поверхности и научными представлениями о физических явлениях, связанных с поверхностью кристаллических тел.
Материалы курса
Материалы лекций доступны только зарегистрированным студентам после авторизации на сайте (Файловый менеджер)
Структура курса
Тема 1, 1-2 неделя
Основы двумерной кристаллографии. Двумерные решетки; индексы плоскостей и направлений в кристаллах; описание структуры поверхности кристалла; двумерная обратная решетка; зона Бриллюэна для поверхности.
Тема 2, 3-4 неделя
Экспериментальная техника исследования поверхности кристаллов. Вакуум – основные понятия, основы вакуумной техники; приготовление материалов для исследования поверхности – скол в вакууме, химическая обработка, ионная чистка, напыление в вакууме.
Тема 3, 5 неделя
Дифракционные методы анализа поверхности кристаллов. Дифракция медленных электронов; дифракция быстрых электронов; рентгеновская дифракция; другие дифракционные методы.
Тема 4, 6-7 неделя
Электронная спектроскопия поверхности. Взаимодействие электронов с поверхностью; оже-спектроскопия; спектроскопия характеристических потерь; фотоэлектронная спектроскопия.
Тема 5, 8 неделя
Ионные методы исследования поверхности. Взаимодействие ионов с поверхностью; спектроскопия рассеяния медленных ионов; спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния.
Тема 6, 9-10 неделя
Методы микроскопии при исследовании поверхности криситаллов. Полевая эмиссионная микроскопия; полевая ионная микроскопия; электронная микроскопия; зондовая микроскопия.
Тема 7, 11 неделя
Атомная структура чистых поверхностей. Релаксация и реконструкция на поверхности кристалла; поверхности некоторых кристаллов.
Тема 8, 12-13 неделя
Атомная структура поверхности с адсорбатами. Поверхностные фазы в субмонослойных системах; состав поверхностной фазы; фазовая диаграмма; поверхности кристаллов с адсорбатами.
Тема 9, 14 неделя
Структурные дефекты поверхности. Точечные дефекты; ступени; сингулярные и винициальные поверхности; фасетки; примеры.
Тема 10, 15 неделя
Электронные свойства поверхности. Поверхностные состояния; работа выхода; поверхностная проводимость.
Тема 11, 16 неделя
Рост тонких пленок. Механизмы роста; кинетические эффекты; методы роста.
Вопросы для экзамена/зачета по курсу «Физика углеродных материалов»
- Особенности описания кристаллической структуры поверхности
- Ячейка Вигнера-Зейтца
- Решетки Бравэ для поверхности кристалла
- Описание низко-индексных поверхностей кристалла
- Описание высокоиндексных поверхностей кристалла
- Сверхструктуры и их обозначение
- Обратная решетка и зона Бриллюэна
- Влияние окружающей среды на состояние поверхности кристалла
- Физическая и химическая адсорбция
- Производительность вакуумного насоса, скорость откачки и проводимость вакуумных элементов
- Уравнение откачки для вакуумной установки
- Принцип работы форвакуумных механических насосов
- Принцип работы криосорбционного насоса
- Принцип работы паромасляного насоса
- Принцип работы сублимационного насоса
- Принцип работы ионизационного насоса
- Принцип работы турбомолекулярного насоса
- Принцип работы манометров и баратронов
- Термопарные измерительные лампы и лампы Пирани
- Принцип работы ионизационной вакуумной лампы
- Общие принципы подготовки образцов для исследования поверхности кристаллов
- Метод ионного травления
- Метод вакуумного напыления
- Принцип работы кварцевых весов
- Особенности дифракции на двумерной решетке
- Построение Эвальда для двумерной решетки
- Принцип метода дифракции медленных электронов
- Принцип метода дифракции быстрых электронов
- Принцип метода фотоэлектронной спектроскопии
- Сходства и различия УФЭС и РФЭС
- Формула Резерфорда (описать физический смысл величин)
- Понятия конуса затенения, эффекта фокусировки и конуса блокировки при ионном рассеянии
- Эффект каналирования при рассеянии ионов кристаллами
- Кинетическая и потенциальная эмиссия электронов
- Критический угол при рассеянии ионов на поверхности кристалла
- Резерфордовское обратное рассеяние
- Источники и анализаторы ионов
- Релаксация и реконструкция поверхности кристалла
- Суперструктуры на поверхности кристаллов
- Типы структурных дефектов на поверхности кристалла
- Построение Вульфа
- Поверхностные электронные состояния
- Поверхностная проводимость
- Изгиб зон на поверхности
- Область пространственного заряда
- Особенности транспорта электронов в тонких пленках и поликристаллических материалах
- Эффект Холла
- Квантовый эффект Холла, уровни Ландау
- Эффект Шубникова – де Гааза
Список рекомендованной литературы
- К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, А.В. Зотов, М. Катаяма, «Введение в физику поверхности», Издательство «Наука», Москва, 2006.
- В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, А.В. Зотеев, «Основы физики поверхности твердого тела», Издательство МГУ, 1999.
- Э.Р. Кларк, К.Н. Эберхардт «Микроскопические методы исследования материалов», Издательсво Техносфера, Москва, 2007.
- В.Ф. Киселев «Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках». Издательство «Наука», Москва, 1970.
- Л. Фелдман, Д. Майер, «Основы анализа поверхности и тонких пленок», Издательство «Мир», Москва, 1989.
- Г.Я. Красников, В.П. Бокарев, Энергия поверхности и огранка кристаллов полупроводников и других материалов, ДАН, (2002), 382, 225-229.
- А.Я. Беленький, Электронные поверхностные состояния в кристаллах, УФН, (1981) 134, 125-147.
- P.M. Marcus, X. Qian, W. Hubner, Properties of the surface region of a metal crystal, J. Phys.: Condens. Matter (2001) 13, 3977–3985
- H.M. Saavedra, Th.J. Mullen, P. Zhang, D.C. Dewey, S.A. Claridge, P.S. Weiss, Hybrid strategies in nanolithography, Rep. Prog. Phys. (2010), 73, 036501.
