Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор)
Представлен обзор опубликованных результатов исследования адсорбции некоторых простых газов на поверхности металлов при низких (≤ 30 К) температурах подложки, вплоть до температуры жидкого гелия. Кратко описаны методы исследования низкотемпературной адсорбции газов. Наибольшее внимание уделено ад...
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2004
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119193 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов / Ю.Г. Птушинский // Физика низких температур. — 2004. — № 1. — С. 3-37. — Бібліогр.: 142 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-119193 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1191932017-06-06T03:03:32Z Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) Птушинский, Ю.Г. Низкотемпеpатуpный магнетизм Представлен обзор опубликованных результатов исследования адсорбции некоторых простых газов на поверхности металлов при низких (≤ 30 К) температурах подложки, вплоть до температуры жидкого гелия. Кратко описаны методы исследования низкотемпературной адсорбции газов. Наибольшее внимание уделено адсорбции водорода на переходных и благородных металлах. Результаты экспериментальных исследований на переходных металлах включают сведения о состоянии адсорбированных частиц (атомы–молекулы), спектрах адсорбционных состояний, кинетике адсорбционно-десорбционных процессов, участии предадсорбционных состояний в механизме адсорбции, роли различия квантовых свойств молекул H₂ и D₂ , влиянии двумерных фазовых переходов, структуре адсорбированного слоя, электронно-стимулированных процессах. Экспериментальные исследования адсорбции водорода на благородных металлах в сочетании с теоретическими расчетами предоставили информацию о тонких особенностях квантового механизма прилипания, в частности, захвате молекул в квазисвязанные состояния и влиянии дифракции на решетке поверхностных атомов. Рассмотрены данные о роли вращательного состояния молекул, орто-пара конверсии и прямой фотодесорбции. Приведен также обзор немногочисленных работ по адсорбции кислорода, окиси углерода и азота. Подано огляд опублікованих результатів дослідження адсорбції деяких простих газів на поверхн і металів при низьких (≤ 30 К) температурах підкладки, аж до температури рідкого гелію. Коротко описано методи дослідження низькотемпературної адсорбції газів. Найбільшу увагу приділено адсорбції водню на перехідних та благородних металах. Результати експериментальних досліджень на перехідних металах включають відомості про стан адсорбованих частинок (атоми–молекули), спектри адсорбційних станів, кінетику адсорбційно-десорбційних процесів, участь передадсорбційних станів у механізмі адсорбції, роль розбіжностей квантових властивостей молекул H₂ і D₂ , вплив двовимірних фазових переходів, структуру адсорбованого шару, електронно-стимульовані процеси. Експериментальні дослідження адсорбції водню на благородних металах в сполученні з теоретичними розрахунками надали інформацію про тонкі особливості квантового механізму прилипання, зокрема, про захоплення молекул у кваз ізв’язані стани та вплив дифракції на гратці поверхневих атомів. Розглянуто дані про роль обертального стану молекул, орто-пара конверсію та пряму фотодесорбцію. Наведено також огляд нечисленних робіт з адсорбції кисню, окису вуглецю та азоту. A review of the published data on adsorption of some simple gases at low temperatures (≤ 30 K) on metal surfaces is presented. The methods of investigating low-temperature gas adsorption are briefly described. Particular attention is given to hydrogen adsorption on transition and noble metals. The experimental results for transition metals include information about the state of adsorbed particles (atoms-molecules), the adsorption state spectra, the kinetics of adsorption-desorption processes, the precursor mediated mechanism of adsorption, the role of H₂ and D₂ quantum properties and 2D phase transitions, the adsorbed layer structure, and electron-stimulated processes. The experimental data on hydrogen adsorption in noble metals along with the theoretical calculations provide information on the fine peculiarities of the quantum sticking mechanism, in particular, on the capture of molecules in quasi-bounded states and the effect of diffraction by the surface atomic lattice. The data on the role of molecule rotational states, and ortho-para conversion and direct photodesorption of molecules are considered. A review of a few papers on adsorption of oxygen, carbon monoxide and nitrogen is also given. 2004 Article Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов / Ю.Г. Птушинский // Физика низких температур. — 2004. — № 1. — С. 3-37. — Бібліогр.: 142 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 68.45.Da http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119193 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Низкотемпеpатуpный магнетизм Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| spellingShingle |
Низкотемпеpатуpный магнетизм Низкотемпеpатуpный магнетизм Птушинский, Ю.Г. Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) Физика низких температур |
| description |
Представлен обзор опубликованных результатов исследования адсорбции некоторых простых
газов на поверхности металлов при низких (≤ 30 К) температурах подложки, вплоть
до температуры жидкого гелия. Кратко описаны методы исследования низкотемпературной
адсорбции газов. Наибольшее внимание уделено адсорбции водорода на переходных и благородных
металлах. Результаты экспериментальных исследований на переходных металлах
включают сведения о состоянии адсорбированных частиц (атомы–молекулы), спектрах адсорбционных
состояний, кинетике адсорбционно-десорбционных процессов, участии предадсорбционных
состояний в механизме адсорбции, роли различия квантовых свойств молекул H₂ и D₂ ,
влиянии двумерных фазовых переходов, структуре адсорбированного слоя, электронно-стимулированных
процессах. Экспериментальные исследования адсорбции водорода на благородных
металлах в сочетании с теоретическими расчетами предоставили информацию о тонких
особенностях квантового механизма прилипания, в частности, захвате молекул в квазисвязанные
состояния и влиянии дифракции на решетке поверхностных атомов. Рассмотрены данные о
роли вращательного состояния молекул, орто-пара конверсии и прямой фотодесорбции. Приведен
также обзор немногочисленных работ по адсорбции кислорода, окиси углерода и азота. |
| format |
Article |
| author |
Птушинский, Ю.Г. |
| author_facet |
Птушинский, Ю.Г. |
| author_sort |
Птушинский, Ю.Г. |
| title |
Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) |
| title_short |
Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) |
| title_full |
Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) |
| title_fullStr |
Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (Обзор) |
| title_sort |
низкотемпературная адсорбция газов на поверхности металлов (обзор) |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119193 |
| citation_txt |
Низкотемпературная адсорбция газов
на поверхности металлов / Ю.Г. Птушинский // Физика низких температур. — 2004. — № 1. — С. 3-37. — Бібліогр.: 142 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT ptušinskijûg nizkotemperaturnaâadsorbciâgazovnapoverhnostimetallovobzor |
| first_indexed |
2025-07-08T15:24:07Z |
| last_indexed |
2025-07-08T15:24:07Z |
| _version_ |
1837092829619290112 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1, ñ. 3–37
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ
íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
(Îáçîð)
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
Èíñòèòóò ôèçèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, ïð. Íàóêè, 46, ã. Êèåâ, 03028, Óêðàèíà
E-mail: ptush@iop.kiev.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 29 àïðåëÿ 2003 ã.
Ïðåäñòàâëåí îáçîð îïóáëèêîâàííûõ ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ àäñîðáöèè íåêîòîðûõ ïðî-
ñòûõ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ ïðè íèçêèõ (� 30 Ê) òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè, âïëîòü
äî òåìïåðàòóðû æèäêîãî ãåëèÿ. Êðàòêî îïèñàíû ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé
àäñîðáöèè ãàçîâ. Íàèáîëüøåå âíèìàíèå óäåëåíî àäñîðáöèè âîäîðîäà íà ïåðåõîäíûõ è áëàãî-
ðîäíûõ ìåòàëëàõ. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé íà ïåðåõîäíûõ ìåòàëëàõ
âêëþ÷àþò ñâåäåíèÿ î ñîñòîÿíèè àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö (àòîìû–ìîëåêóëû), ñïåêòðàõ àäñîðá-
öèîííûõ ñîñòîÿíèé, êèíåòèêå àäñîðáöèîííî-äåñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ, ó÷àñòèè ïðåäàäñîðáöè-
îííûõ ñîñòîÿíèé â ìåõàíèçìå àäñîðáöèè, ðîëè ðàçëè÷èÿ êâàíòîâûõ ñâîéñòâ ìîëåêóë H2 è D2,
âëèÿíèè äâóìåðíûõ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ, ñòðóêòóðå àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ, ýëåêòðîííî-ñòèìó-
ëèðîâàííûõ ïðîöåññàõ. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ àäñîðáöèè âîäîðîäà íà áëàãîðîä-
íûõ ìåòàëëàõ â ñî÷åòàíèè ñ òåîðåòè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè ïðåäîñòàâèëè èíôîðìàöèþ î òîíêèõ
îñîáåííîñòÿõ êâàíòîâîãî ìåõàíèçìà ïðèëèïàíèÿ, â ÷àñòíîñòè, çàõâàòå ìîëåêóë â êâàçèñâÿçàí-
íûå ñîñòîÿíèÿ è âëèÿíèè äèôðàêöèè íà ðåøåòêå ïîâåðõíîñòíûõ àòîìîâ. Ðàññìîòðåíû äàííûå î
ðîëè âðàùàòåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ìîëåêóë, îðòî-ïàðà êîíâåðñèè è ïðÿìîé ôîòîäåñîðáöèè. Ïðèâå-
äåí òàêæå îáçîð íåìíîãî÷èñëåííûõ ðàáîò ïî àäñîðáöèè êèñëîðîäà, îêèñè óãëåðîäà è àçîòà.
Ïîäàíî îãëÿä îïóáë³êîâàíèõ ðåçóëüòàò³â äîñë³äæåííÿ àäñîðáö³¿ äåÿêèõ ïðîñòèõ ãàç³â íà ïî-
âåðõí³ ìåòàë³â ïðè íèçüêèõ (� 30 Ê) òåìïåðàòóðàõ ï³äêëàäêè, àæ äî òåìïåðàòóðè ð³äêîãî
ãåë³þ. Êîðîòêî îïèñàíî ìåòîäè äîñë³äæåííÿ íèçüêîòåìïåðàòóðíî¿ àäñîðáö³¿ ãàç³â. Íàéá³ëüøó
óâàãó ïðèä³ëåíî àäñîðáö³¿ âîäíþ íà ïåðåõ³äíèõ òà áëàãîðîäíèõ ìåòàëàõ. Ðåçóëüòàòè åêñïåðè-
ìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü íà ïåðåõ³äíèõ ìåòàëàõ âêëþ÷àþòü â³äîìîñò³ ïðî ñòàí àäñîðáîâàíèõ
÷àñòèíîê (àòîìè–ìîëåêóëè), ñïåêòðè àäñîðáö³éíèõ ñòàí³â, ê³íåòèêó àäñîðáö³éíî-äåñîðáö³éíèõ
ïðîöåñ³â, ó÷àñòü ïåðåäàäñîðáö³éíèõ ñòàí³â ó ìåõàí³çì³ àäñîðáö³¿, ðîëü ðîçá³æíîñòåé êâàíòîâèõ
âëàñòèâîñòåé ìîëåêóë Í2 ³ D2 , âïëèâ äâîâèì³ðíèõ ôàçîâèõ ïåðåõîä³â, ñòðóêòóðó àäñîðáîâàíî-
ãî øàðó, åëåêòðîííî-ñòèìóëüîâàí³ ïðîöåñè. Åêñïåðèìåíòàëüí³ äîñë³äæåííÿ àäñîðáö³¿ âîäíþ íà
áëàãîðîäíèõ ìåòàëàõ â ñïîëó÷åíí³ ç òåîðåòè÷íèìè ðîçðàõóíêàìè íàäàëè ³íôîðìàö³þ ïðî òîíê³
îñîáëèâîñò³ êâàíòîâîãî ìåõàí³çìó ïðèëèïàííÿ, çîêðåìà, ïðî çàõîïëåííÿ ìîëåêóë ó êâà-
ç³çâ’ÿçàí³ ñòàíè òà âïëèâ äèôðàêö³¿ íà ãðàòö³ ïîâåðõíåâèõ àòîì³â. Ðîçãëÿíóòî äàí³ ïðî ðîëü
îáåðòàëüíîãî ñòàíó ìîëåêóë, îðòî-ïàðà êîíâåðñ³þ òà ïðÿìó ôîòîäåñîðáö³þ. Íàâåäåíî òàêîæ
îãëÿä íå÷èñëåííèõ ðîá³ò ç àäñîðáö³¿ êèñíþ, îêèñó âóãëåöþ òà àçîòó.
PACS: 68.45.Da
Ñîäåðæàíèå
1. Ââåäåíèå. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1. Àäñîðáöèÿ ãàçîâ è åå ðîëü . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2. Îáùèå êà÷åñòâåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ìåõàíèçìå àäñîðáöèè
ãàçîâ íà ìåòàëëàõ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ. . . 6
© Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, 2004
2.1. Ìåòîä àâòîýëåêòðîííîãî ïðîåêòîðà (FEM) [14,15] . . . . . 6
2.2. Ìåòîä äèôðàêöèè ìåäëåííûõ ýëåêòðîíîâ (LEED) . . . . . 7
2.3. Ìåòîä ãàëüâàíîìàãíèòíîãî ðàçìåðíîãî ýôôåêòà . . . . . . 7
2.4. Ìåòîäû ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè [26] . . . . . . . . . 7
2.5. Ìåòîäû ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà è òåìïåðàòóðíî-ïðîãðàììèðóå-
ìîé äåñîðáöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3. Âîäîðîä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1. Ïðîöåññû àäñîðáöèè-äåñîðáöèè âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè ïå-
ðåõîäíûõ ìåòàëëîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1. Äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1.1. Íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ . . . . . . . . . 12
3.1.2. Àäñîðáöèîííî-äåñîðáöèîííûå ïðîöåññû â ìîëåêóëÿðíîé ôàçå 13
3.1.2.1. Êèíåòèêà àäñîðáöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.2.2. Êèíåòèêà èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè H2 c W(110) . . . . 15
3.1.2.3. Îñîáåííîñòè êèíåòèêè àäñîðáöèè âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè
Mo(110) ïðè Ts � 5 Ê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.3. Ñòðóêòóðà àäñëîÿ âîäîðîäà ïðè Ts � 5 Ê . . . . . . . . . . 18
3.2. Àäñîðáöèÿ âîäîðîäà íà áëàãîðîäíûõ ìåòàëëàõ . . . . . . 21
3.2.1. Ñîñòîÿíèå àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2. Êèíåòèêà àäñîðáöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.2.1. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ îò ñòåïåíè ïîêðû-
òèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.2.2. Çàâèñèìîñòü íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ îò
ýíåðãèè è óãëà ïàäåíèÿ ìîëåêóë . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.3. Âëèÿíèå ñòðóêòóðû ïîâåðõíîñòè íà àäñîðáöèþ . . . . . . . 23
3.2.4. Ñïåêòðû âîçáóæäåíèÿ âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé ôèçàäñîðáèðî-
âàííîãî âîäîðîäà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.5. Ôîòîäåñîðáöèÿ ôèçàäñîðáèðîâàííîãî âîäîðîäà . . . . . . . 25
4. Êèñëîðîä, îêèñü óãëåðîäà, àçîò . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1. Êèñëîðîä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1. Àäñîðáöèÿ íà ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíêàõ . . . . . . . . . . . 26
4.1.2. Àäñîðáöèÿ íà ìîíîêðèñòàëëàõ. . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1.2.1. Ñïåêòðû àäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé . . . . . . . . . . 26
4.1.2.2. Êèíåòèêà àäñîðáöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.1.2.3. Ýëåêòðîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ è ñîñòîÿíèå àäñîðáèðîâàííûõ
÷àñòèö . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1.2.4. Àäñîðáöèÿ êèñëîðîäà è ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ ïðîâîäè-
ìîñòè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.2. Îêèñü óãëåðîäà, àçîò . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.1. Îêèñü óãëåðîäà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.2. Àçîò . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5. Çàêëþ÷åíèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1. Ââåäåíèå
1.1. Àäñîðáöèÿ ãàçîâ è åå ðîëü
Êëþ÷åâàÿ ðîëü àäñîðáöèè â ðÿäå âàæíûõ ïðîöåñ-
ñîâ â òåõíèêå è æèâîé ïðèðîäå îáùåèçâåñòíà. Äîñ-
òàòî÷íî óïîìÿíóòü ãåòåðîãåííûé êàòàëèç, ìèêðî- è
íàíîýëåêòðîíèêó, íàêîïëåíèå âîäîðîäíîãî òîïëèâà,
âîäîðîäíîå îõðóï÷èâàíèå ìåòàëëîâ, êîððîçèþ, óñ-
âîåíèå àòìîñôåðíîãî àçîòà æèâûìè îðãàíèçìàìè.
Àäñîðáèðîâàííûé ñëîé, ïîìèìî ïðî÷åãî, ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé íèçêîðàçìåðíóþ ñèñòåìó, èçó÷åíèå
ñâîéñòâ êîòîðîé êðàéíå âàæíî äëÿ ôóíäàìåíòàëü-
íîé ôèçèêè.
Ñêàçàííîå îáúÿñíÿåò ñòîëü áîëüøîé èíòåðåñ ê
èññëåäîâàíèþ àäñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ è ïóáëèêà-
öèþ îãðîìíîãî êîëè÷åñòâà êàê ýêñïåðèìåíòàëüíûõ,
òàê è òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò. Âíåäðåíèå ñâåðõâûñîêî-
ãî âàêóóìà â ýêñïåðèìåíòàëüíóþ òåõíèêó â íà÷àëå
60-õ ãîäîâ ïðîøëîãî ñòîëåòèÿ è ñîçäàíèå ìíîãèõ èñ-
êëþ÷èòåëüíî èíôîðìàòèâíûõ ìåòîäîâ äèàãíîñòèêè
ïîâåðõíîñòè îáåñïå÷èëè íåâèäàííûé ïðîãðåññ â ýòîé
îáëàñòè.  êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ìîæíî íàçâàòü ìåòî-
äû òåìïåðàòóðíî-ïðîãðàììèðóåìîé äåñîðáöèè (ÒPD)
èëè òåðìîäåñîðáöèîííîé ñïåêòðîñêîïèè (TDS), äè-
ôðàêöèè ìåäëåííûõ ýëåêòðîíîâ (LEED), îæå-ýëåê-
òðîííîé ñïåêòðîñêîïèè (AES), ôîòîýëåêòðîííîé
ñïåêòðîñêîïèè óëüòðàôèîëåòîâîé (UPS) è ðåíòãå-
íîâñêîé (XPS), ñïåêòðîñêîïèè õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
ïîòåðü ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ îáû÷íîãî (EELS) è âû-
ñîêîãî ðàçðåøåíèÿ (HREELS), ñêàíèðóþùåãî òóí-
íåëüíîãî ìèêðîñêîïà (STM) è ò.ï.
Íåâîçìîæíî, äà è íåò íóæäû, â îäíîé îáçîðíîé
ñòàòüå îõâàòèòü âñþ ýòó íåîáúÿòíóþ îáëàñòü. Ïîýòî-
ìó êàðäèíàëüíî ñóçèì ðàìêè ðàññìîòðåíèÿ. Âî-ïåð-
âûõ, îãðàíè÷èìñÿ àäñîðáöèîííûìè ñèñòåìàìè, â
êîòîðûõ àäñîðáåíòàìè (ïîäëîæêàìè) ÿâëÿþòñÿ ìå-
òàëëû, à àäñîðáàòàìè – ìîëåêóëû ïðîñòûõ ãàçîâ.
Âî-âòîðûõ, â îñíîâíîì ñîñðåäîòî÷èìñÿ íà íèçêî-
4 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
òåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè, óñëîâíî ïðèíÿâ çà âåðõ-
íþþ ãðàíèöó ýòîé òåìïåðàòóðíîé îáëàñòè òåìïåðà-
òóðó àäñîðáåíòà Ts � 30 Ê.
Ìîæíî óêàçàòü íà íåñêîëüêî îñîáåííîñòåé, îïðå-
äåëÿþùèõ èíòåðåñ èìåííî ê íèçêîòåìïåðàòóðíîé
àäñîðáöèè. Ïðè äîñòàòî÷íî íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
âîçìîæíî óäåðæàíèå íà ïîâåðõíîñòè è ýêñïåðèìåí-
òàëüíîå èññëåäîâàíèå ñëàáîñâÿçàííûõ, ôèçè÷åñêè
àäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë. Ìîëåêóëÿðíûå àäñîðá-
öèîííûå ñîñòîÿíèÿ ÷àñòî âûñòóïàþò â ðîëè ïðåäñî-
ñòîÿíèé (precursor states) äëÿ äèññîöèàòèâíîé õåìî-
ñîðáöèè. Òàêèì îáðàçîì, èññëåäîâàíèå ïîâåäåíèÿ
ìîëåêóë â ïîäîáíûõ ñîñòîÿíèÿõ ñóùåñòâåííî äëÿ
ïîíèìàíèÿ ìåõàíèçìà äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè,
ÿâëÿþùåéñÿ êëþ÷åâîé ñòàäèåé óïîìèíàâøèõñÿ âû-
øå ïðîöåññîâ. Àäñîðáöèÿ ìîíîñëîåâ ìîëåêóë ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ÿâëÿåòñÿ íà÷àëüíîé ñòàäèåé è
ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ äëÿ èçó÷åíèÿ ðîñòà êðèîêðè-
ñòàëëîâ. Èññëåäîâàíèå ôàçîâîãî ñîñòîÿíèÿ ôèçàä-
ñîðáèðîâàííûõ êâàçèäâóìåðíûõ ñëîåâ è âîçìîæ-
íûõ èçîòîïíûõ ýôôåêòîâ (îñîáåííî àêòóàëüíî â
ñëó÷àå âîäîðîäà) òàêæå òðåáóåò ïðîâåäåíèÿ ýêñïå-
ðèìåíòîâ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè è
ïðåäñòàâëÿåò ñàìîñòîÿòåëüíûé èíòåðåñ.
Êàê îòìå÷åíî âûøå, èçó÷åíèþ àäñîðáöèè ïîñâÿ-
ùåíî îãðîìíîå êîëè÷åñòâî ðàáîò, è èõ ðåçóëüòàòû â
çíà÷èòåëüíîé ìåðå îáîáùåíû â ðÿäå îáçîðîâ è ìîíî-
ãðàôèé (ñì., íàïðèìåð, [1–6]). Îäíàêî ïî îòíîøå-
íèþ ê íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ýòî íå òàê.
Íàì èçâåñòíû ëèøü îáçîð Èëèñêà [7] 1992 ã., ïî-
ñâÿùåííûé îðòî-ïàðà êîíâåðñèè ôèçàäñîðáèðîâàí-
íûõ ìîëåêóë âîäîðîäà, è íåäàâíî îïóáëèêîâàííûé
îáçîð Ïàí÷åíêî è ñîòð. [8] îá èññëåäîâàíèÿõ ãàëü-
âàíîìàãíèòíûõ ðàçìåðíûõ ýôôåêòîâ íà ïîâåðõíî-
ñòè ìåòàëëà è èõ èñïîëüçîâàíèè äëÿ èçó÷åíèÿ àä-
ñîðáöèè è ïðîöåññîâ óïîðÿäî÷åíèÿ ñëîÿ àäñîðáàòà.
×àñòè÷íî ïðîáëåìà íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè
ãàçîâ çàòðîíóòà â îáçîðå Íàóìîâöà [9]. Ñëåäóåò îò-
ìåòèòü, ÷òî è êîëè÷åñòâî îðèãèíàëüíûõ ñòàòåé ïî
íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ íå èäåò íè â
êàêîå ñðàâíåíèå ñ êîëè÷åñòâîì ðàáîò ïî àäñîðáöèè
ãàçîâ â îáû÷íûõ òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèÿõ. Ìû ñ÷è-
òàåì ñâîåé çàäà÷åé â êàêîé-òî ìåðå âîñïîëíèòü ýòîò
ïðîáåë è ðàññìîòðåòü ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé íèç-
êîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ, íå îãðàíè÷èâà-
ÿñü êàêîé-ëèáî êîíêðåòíîé ìåòîäèêîé èëè ïîâåðõ-
íîñòíî-÷óâñòâèòåëüíûì ýôôåêòîì.
1.2. Îáùèå êà÷åñòâåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ
î ìåõàíèçìå àäñîðáöèè ãàçîâ íà ìåòàëëàõ
Õîòÿ ñïåöèôè÷íîé äëÿ íèçêèõ òåìïåðàòóð ïîä-
ëîæêè ÿâëÿåòñÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçè÷åñêàÿ àäñîðá-
öèÿ, äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ, êàê áóäåò âèäíî
èç äàëüíåéøåãî, òàêæå ïðè ýòèõ óñëîâèÿõ èìååò
ìåñòî. Ïîýòîìó ïðåäñòàâëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì
êîñíóòüñÿ ìåõàíèçìà äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè
ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâ. Ñîâðåìåííûé óðîâåíü ïðåä-
ñòàâëåíèé î ìåõàíèçìå äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè
îñíîâàí íà ðåçóëüòàòàõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èñ-
ñëåäîâàíèé ñ ïðèìåíåíèåì ìåòîäà ìîëåêóëÿðíûõ
ïó÷êîâ (÷àùå, ñâåðõçâóêîâûõ ñ ìàëûì ðàçáðîñîì
ýíåðãèé ìîëåêóë [2]) è òåîðåòè÷åñêèõ êâàíòîâî-äè-
íàìè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ ìíîãîìåðíîé ïîâåðõíîñòè ïî-
òåíöèàëüíîé ýíåðãèè [1,5,10], ïðàâäà, â îñíîâíîì
äëÿ ìîëåêóë âîäîðîäà. Ðàçóìååòñÿ, 6-ðàçìåðíóþ ïî-
âåðõíîñòü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè èçîáðàçèòü íåâîç-
ìîæíî, ïîýòîìó ÷àñòî ïðèáåãàþò ê äåìîíñòðàöèè åå
äâóìåðíîãî ñå÷åíèÿ [6].
Îäíàêî äëÿ êà÷åñòâåííîé èíòåðïðåòàöèè ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ è äëÿ áîëüøåé íàãëÿäíî-
ñòè ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ è îäíîìåðíîé ïîòåíöè-
àëüíîé äèàãðàììîé Ëåííàðä-Äæîíñà, ñõåìàòè÷åñêè
èçîáðàæåííîé íà ðèñ. 1 [11]. Ïðèáëèæàÿñü ê ïî-
âåðõíîñòè, ìîëåêóëà ïðåæäå âñåãî èñïûòûâàåò âàí-
äåðâààëüñîâî ïðèòÿæåíèå, êîòîðîå çàòåì ñìåíÿåòñÿ
ïàóëèåâñêèì îòòàëêèâàíèåì âñëåäñòâèå ïåðåêðûòèÿ
õâîñòîâ áëîõîâñêèõ âîëíîâûõ ôóíêöèé ìåòàëëà è
çàïîëíåííûõ îðáèòàëåé ìîëåêóëû. Ýòè äâà âçàèìî-
äåéñòâèÿ ôîðìèðóþò ìåëêóþ ôèçàäñîðáöèîííóþ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 5
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
E
1
2
3 Ea
Ea
Ed
r
‘
Ðèñ. 1. Îäíîìåðíàÿ ïîòåíöèàëüíàÿ äèàãðàììà. Õåìîñîðá-
öèÿ: 1 — ïðÿìàÿ; 2 — ÷åðåç ïðåäñîñòîÿíèå; 3 — àêòèâè-
ðîâàííàÿ. Ea — ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ïåðåõîäà èç ïðåäñîñòîÿ-
íèÿ â ñîñòîÿíèå õåìîñîðáöèè, Ed — ýíåðãèÿ àêòèâàöèè
äåñîðáöèè, �Ea — ýíåðãèÿ àêòèâàöèè àäñîðáöèè.
ïîòåíöèàëüíóþ ÿìó, êîòîðàÿ ïðè äàëüíåéøåì ïðè-
áëèæåíèè ìîëåêóëû ê ïîâåðõíîñòè ñìåíÿåòñÿ ãëó-
áîêîé õåìîñîðáöèîííîé ÿìîé. Ìåæäó óêàçàííûìè
ïîòåíöèàëüíûìè ÿìàìè ñóùåñòâóåò áàðüåð, îò âåëè-
÷èíû êîòîðîãî çàâèñèò ìåõàíèçì äèññîöèàòèâíîé
àäñîðáöèè. Ìîæíî âûäåëèòü òðè âàðèàíòà áàðüåðà:
1 — áàðüåð íè÷òîæíî ìàë, è ìîëåêóëà, íå çàäåðæè-
âàÿñü â ñîñòîÿíèè ôèçàäñîðáöèè, «ñîñêàëüçûâàåò»
â õåìîñîðáöèîííóþ ÿìó, ýòî ìåõàíèçì ïðÿìîé äèñ-
ñîöèàòèâíîé àäñîðáöèè; 2 — áàðüåð çíà÷èòåëåí,
îäíàêî íå äîñòèãàåò íóëåâîãî óðîâíÿ ýíåðãèè (ïî-
òåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóëû íà áåñêîíå÷íîì óäà-
ëåíèè). Ìîëåêóëà â òå÷åíèå êàêîãî-òî âðåìåíè ïðå-
áûâàåò â ñîñòîÿíèè ôèçàäñîðáöèè è ñ íåêîòîðîé
âåðîÿòíîñòüþ ìîæåò ïåðåéòè â ñîñòîÿíèå õåìîñîðá-
öèè ëèáî äåñîðáèðîâàòüñÿ. Ýòî ìåõàíèçì õåìîñîðá-
öèè ñ ó÷àñòèåì ïðåäñîñòîÿíèÿ. Ðàçëè÷àþò äâà òèïà
ïðåäñîñòîÿíèé: íàä ñâîáîäíûì àäñîðáöèîííûì öåí-
òðîì (intrinsic èëè ñîáñòâåííîå) è íàä çàíÿòûì öåí-
òðîì (extrinsic èëè âíåøíåå) [12]. 3 — áàðüåð ïðå-
âûøàåò íóëåâîé óðîâåíü ýíåðãèè. Äëÿ òîãî ÷òîáû
ïîïàñòü â ñîñòîÿíèå õåìîñîðáöèè ìîëåêóëå íóæíî
ñîîáùèòü êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ, äîñòàòî÷íóþ äëÿ
ïðåîäîëåíèÿ ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà. Ýòî ìåõà-
íèçì àêòèâèðîâàííîé õåìîñîðáöèè.
 ðàáîòå Õàððèñà è Àíäåðññîíà [13] ðàññìîòðåíà
òðàíñôîðìàöèÿ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ìîëåêóëû
(âîäîðîäà) è ìåòàëëà ïî ìåðå èõ ñáëèæåíèÿ. Ñè-
òóàöèè ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ äëÿ áëàãîðîäíîãî
(ìåäü) è ïåðåõîäíîãî (íèêåëü) ìåòàëëîâ. Â îáîèõ
ñëó÷àÿõ äèññîöèàöèÿ ìîëåêóëû íàñòóïàåò âñëåäñò-
âèå ïåðåòåêàíèÿ ýëåêòðîíîâ ìåòàëëà íà ðàçðûõëÿþ-
ùóþ �u-îðáèòàëü ìîëåêóëû Í2. Ïîñêîëüêó â ñëó÷àå
ìåäè â ýòîì ïðîöåññå ó÷àñòâóþò 4s-ýëåêòðîíû ìå-
òàëëà, òî ïåðåêðûòèå èõ âîëíîâûõ ôóíêöèé ñ çà-
ïîëíåííîé �g-îðáèòàëüþ âîäîðîäà ôîðìèðóåò àê-
òèâàöèîííûé áàðüåð, è óïîìÿíóòîå ïåðåòåêàíèå
ýëåêòðîíîâ íà �u-îðáèòàëü ìîæåò ïðîèçîéòè ëèøü
ïîñëå ïðåîäîëåíèÿ àêòèâàöèîííîãî áàðüåðà. Âûñîòà
àêòèâàöèîííîãî áàðüåðà çàâèñèò îò ñâîéñòâ ïàðòíå-
ðîâ âçàèìîäåéñòâèÿ. Íàïðèìåð, ñîãëàñíî [13], äëÿ
ñèñòåìû Í2/Na âûñîòà áàðüåðà ðàâíà 0,2 ýÂ, à äëÿ
H2/Al — 1 ýÂ.
Èíàÿ ñèòóàöèÿ èìååò ìåñòî â ñëó÷àå ïåðåõîäíîãî
ìåòàëëà íèêåëÿ. Íàëè÷èå íåçàïîëíåííûõ d-ñîñòîÿ-
íèé âáëèçè óðîâíÿ Ôåðìè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïðè
äîñòàòî÷íîì ñáëèæåíèè ìîëåêóëû ñ ïîâåðõíîñòüþ
3d-óðîâíè îêàçûâàþòñÿ â ýíåðãåòè÷åñêîé øêàëå
íèæå 4s-óðîâíåé, è ïîñëåäíèå îïóñòîøàþòñÿ. Ýòîò
ïåðåõîä ýëåêòðîíîâ íà êîìïàêòíûå 3d-îðáèòàëè
ïðåïÿòñòâóåò îáðàçîâàíèþ ïàóëèåâñêîãî àêòèâàöè-
îííîãî áàðüåðà, è ìîëåêóëà, ïîäëåòåâ áëèæå â ïî-
âåðõíîñòè, äèññîöèèðóåò.
Ïðèâåäåííàÿ êà÷åñòâåííàÿ êàðòèíà àäñîðáöè-
îííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóëû ñ ïîâåðõíîñòüþ
ìåòàëëà íå ÿâëÿåòñÿ ñïåöèôè÷íîé äëÿ íèçêîòåìïå-
ðàòóðíîé àäñîðáöèè è ïîäõîäèò äëÿ îïèñàíèÿ àä-
ñîðáöèè ïðè ëþáûõ òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèÿõ. Ìû
îãðàíè÷èìñÿ ýòèì êðàòêèì îïèñàíèåì ìåõàíèçìà
àäñîðáöèè è ïåðåéäåì ê ðàññìîòðåíèþ ìåòîäèê,
ïðèìåíÿåìûõ ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíîì èññëåäîâàíèè
íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ.
2. Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé
àäñîðáöèè ãàçîâ
Îáùèìè òðåáîâàíèÿìè ê ýêñïåðèìåíòàëüíûì èñ-
ñëåäîâàíèÿì àäñîðáöèè ãàçîâ (íå òîëüêî íèçêîòåì-
ïåðàòóðíîé) ÿâëÿþòñÿ îáåñïå÷åíèå ñâåðõâûñîêî-
âàêóóìíûõ óñëîâèé (äàâëåíèå îñòàòî÷íûõ ãàçîâ
����–10 òîðð), êîíòðîëü àòîìàðíîé ÷èñòîòû è ñòðóê-
òóðû ïîâåðõíîñòè, êîíòðîëü ÷èñòîòû èññëåäóåìîãî
ãàçà. Òàêîé êîíòðîëü îáû÷íî îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåòî-
äàìè AES, LEED è ìàññ-ñïåêòðîìåòðèè. Â äàëüíåé-
øåì êðàòêî îñòàíîâèìñÿ íà íåêîòîðûõ ìåòîäèêàõ,
ïðèìåíÿâøèõñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ äàííûõ î õàðàê-
òåðèñòèêàõ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ.
Ïîñêîëüêó âñå ïðèìåíÿâøèåñÿ ìåòîäèêè àäñîðáöè-
îííûõ èññëåäîâàíèé îñíîâàòåëüíî îïèñàíû â ëèòå-
ðàòóðå, ëèøü êðàòêî êîñíåìñÿ îñîáåííîñòåé èõ ïðè-
ìåíåíèÿ â íèçêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè.
2.1. Ìåòîä àâòîýëåêòðîííîãî ïðîåêòîðà
(FEM) [14,15]
Íàèáîëåå ðàííåé èçâåñòíîé íàì ðàáîòîé ñ ïðè-
ìåíåíèåì ìåòîäà FEM äëÿ èçó÷åíèÿ ïîäâèæíîñòè
âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè âîëüôðàìîâîãî îñòðèÿ,
îõëàæäåííîãî æèäêèì ãåëèåì, ÿâëÿåòñÿ ðàáîòà Ãî-
ìåðà è ñîàâò. [16]. Àäñîðáèðîâàííûé ñëîé âîäîðîäà
íàíîñèëè íà ÷àñòü ïîâåðõíîñòè îñòðèÿ ñ ðåçêîé ãðà-
íèöåé è ñëåäèëè çà ïðîäâèæåíèåì ýòîé ãðàíèöû íà
íåïîêðûòûå ó÷àñòêè. Ïðèáîð ïîäîáíîãî òèïà èñ-
ïîëüçîâàëè òàêæå Ìåäâåäåâ è Ñíèòêî ïðè èññëåäî-
âàíèè ïîëåâîé ýìèññèè èîíîâ âîäîðîäà [17]. Ñõåìà
ýòîãî ïðèáîðà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 2. Âïîñëåäñòâèè
Ìàçåíêî, Áàíàâàð è Ãîìåð ìîäåðíèçèðîâàëè ìåòîä
FEM äëÿ èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïîâåðõíîñòíîé
äèôôóçèè ïóòåì íàáëþäåíèÿ êîððåëÿöèè ôëóêòóà-
öèé àâòîýìèññèîííîãî òîêà ñ ðàçíûõ ó÷àñòêîâ îñò-
ðèÿ [18].
Ìåòîä FEM èñïîëüçîâàëñÿ òàêæå Ïîëèçîòòè è
Ýðëèõîì äëÿ ñðàâíèòåëüíîãî èññëåäîâàíèÿ àäñîðá-
öèè âîäîðîäà (è àçîòà) íà ðàçíûõ ãðàíÿõ âîëüôðà-
ìà è ðîäèÿ, ïðàâäà, òåìïåðàòóðà îñòðèÿ íå ïîíèæà-
ëàñü íèæå 38 Ê [19].
6 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
2.2. Ìåòîä äèôðàêöèè ìåäëåííûõ ýëåêòðîíîâ
(LEED)
Ìåòîä LEED îäèí èç íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûõ è
øèðîêî ïðèìåíÿåìûõ äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû
ïîâåðõíîñòè è àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ. Íà ðèñ. 3
[20] ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàí íèçêîâîëüòíûé ýëåêòðî-
íîãðàô â ñòåêëÿííîé îáîëî÷êå äëÿ èññëåäîâàíèÿ
ñòðóêòóðû àäñîðáèðîâàííûõ ñëîåâ ïðè Òs � 5 Ê, ñîç-
äàííûé Ôåäîðóñîì. Èì òàêæå ðàçðàáîòàí ýëåêòðî-
íîãðàô, âìîíòèðóåìûé â ñâåðõâûñîêîâàêóóìíóþ
ìåòàëëè÷åñêóþ óñòàíîâêó «Riber» è ïðåäíàçíà÷åí-
íûé äëÿ ðàáîòû ïðè Òs � 5 Ê [21]. Ýëåêòðîíîãðàô
ïîäîáíîãî òèïà ñîçäàí Ñòðîíãèíîì è ñîàâò. [22].
2.3. Ìåòîä ãàëüâàíîìàãíèòíîãî ðàçìåðíîãî
ýôôåêòà
Ïàí÷åíêî è ñîòð. ðàçâèò ìåòîä èññëåäîâàíèÿ
íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ, îñíîâàííûé
íà èçìåðåíèè ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ (ñòàòè÷åñêîãî
ñêèí-ýôôåêòà [23]) è îñöèëëÿöèé Çîíäãåéìåðà [24]
â òîíêèõ ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèíàõ ìåòàëëà
(â îñíîâíîì, âîëüôðàìà). Íà ðèñ. 4 [25] ïîêàçàíî
ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ñòåêëÿííîãî ñâåðõâûñî-
êîâàêóóìíîãî ïðèáîðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ èñ-
ñëåäîâàíèÿ ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-ýôôåêòà è ñíàáæåí-
íîãî íèçêîâîëüòíûì ýëåêòðîíîãðàôîì.
Ðàññìàòðèâàåìûé ìåòîä îñíîâàí íà òîì, ÷òî ðàñ-
ñåÿíèå è äèôðàêöèÿ ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè íà
ïîâåðõíîñòè ÷óâñòâèòåëüíû ê åå ñòðóêòóðå è ñòðóê-
òóðå àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ, è, òàêèì îáðàçîì, ïî
èçìåíåíèþ ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ â ïðîöåññå àä-
ñîðáöèè ìîæíî ñóäèòü î ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèÿõ.
Âàæíîé îñîáåííîñòüþ ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ åãî íåðàçðó-
øàþùèé õàðàêòåð. Äëÿ äåòàëüíîãî îçíàêîìëåíèÿ ñ
ýòèì ìåòîäîì ðåêîìåíäóåì îáðàòèòüñÿ ê îáçîðíîé
ñòàòüå [8].
2.4. Ìåòîäû ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè [26]
Ïðè èññëåäîâàíèè íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðá-
öèè ãàçîâ èñïîëüçóåòñÿ íåñêîëüêî ðàçíîâèäíîñòåé
ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè: îæå-ýëåêòðîííàÿ,
óëüòðàôèîëåòîâàÿ è ðåíòãåíîâñêàÿ ôîòîýëåêòðîí-
íûå, õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü ýíåðãèè ýëåêòðî-
íîâ. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ôèçè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ è õà-
ðàêòåðà âîçáóæäåíèé ãàçîâûõ àäñîðáàòîâ ïðè
íèçêèõ Òs îñîáåííî ýôôåêòèâíîé ÿâëÿåòñÿ ñïåêòðî-
ñêîïèÿ õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü ýíåðãèè ýëåêòðî-
íîâ âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ (HREELS) [27,28].
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 7
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
11
10
7
6 5
8
9
1
2
3
4
Ðèñ. 2. Àâòîýëåêòðîííûé ïðîåêòîð ñ îõëàæäàåìûì îñò-
ðèåì [17]. 1 — äüþàðîâñêàÿ íîæêà ñ æèäêèì ãåëèåì;
2— ìåäíûé ñîñóä; 3 — æèäêèé àçîò; 4 — ïåíîïëàñòî-
âàÿ òåïëîèçîëÿöèÿ; 5 — ìîëèáäåíîâûå ââîäû; 6 —
âîëüôðàìîâàÿ äóæêà; 7 — âîëüôðàìîâîå îñòðèå; 8 —
ëþìèíåñöåíòíûé ýêðàí; 9 — òèòàíîâûé íàñîñ; 10 — èñ-
òî÷íèê âîäîðîäà; 11 — ìàíîìåòð.
1
2
3
4 56
7
Ðèñ. 3. Ñòåêëÿííûé ýëåêòðîíîãðàô ñ îõëàæäàåìûì îá-
ðàçöîì [20]. 1 — îáðàçåö; 2 — íîæêà ñ æèäêèì ãåëèåì;
3 — èñòî÷íèê âîäîðîäà; 4 — òåðìîïàðà; 5 — ýëåêòðîí-
íàÿ ïóøêà; 6 — ëþìèíåñöåíòíûé ýêðàí; 7 — òåëåñêîïè-
÷åñêèé ôîòîìåòð.
2.5. Ìåòîäû ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà è
òåìïåðàòóðíî-ïðîãðàììèðóåìîé äåñîðáöèè
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ íèçêîòåìïåðàòóð-
íîé àäñîðáöèè, òàêèõ êàê ïîâåðõíîñòíàÿ êîíöåíòðà-
öèÿ ìîëåêóë n, êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ S, ñïåê-
òðû àäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé, ýíåðãèÿ àêòèâàöèè
äåñîðáöèè, ïðèìåíÿþòñÿ ñâåðõâûñîêîâàêóóìíûå
óñòàíîâêè, â êîòîðûõ ðåàëèçóþòñÿ ìåòîäû ìîëåêó-
ëÿðíîãî ïó÷êà è òåìïåðàòóðíî-ïðîãðàììèðóåìîé
äåñîðáöèè. Ìåòîä ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà ïðèìåíÿþò
â äâóõ ìîäèôèêàöèÿõ: ñ èñòî÷íèêîì ýôôóçèîííîãî
òèïà è èñòî÷íèêîì â âèäå «ñâåðõçâóêîâîãî ñîïëà»
[29]. Ïðåèìóùåñòâîì ïîñëåäíåãî ÿâëÿåòñÿ çíà÷è-
òåëüíî ìåíüøèé ýíåðãåòè÷åñêèé ðàçáðîñ ìîëåêóë â
ïó÷êå, îäíàêî îí áîëåå ñëîæåí â ðåàëèçàöèè èç-çà
íåîáõîäèìîñòè íåñêîëüêèõ ñòóïåíåé äèôôåðåíöè-
àëüíîé îòêà÷êè.
Âåñüìà ñîâåðøåííàÿ óñòàíîâêà ñ ñîïëîâûì ìîíî-
ýíåðãåòè÷åñêèì ìîëåêóëÿðíûì ïó÷êîì ñîçäàíà â
×àëìåðñêîì óíèâåðñèòåòå è îïèñàíà â ðàáîòå [30].
Óñòàíîâêà ïðèìåíÿëàñü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïðèëèïà-
íèÿ (è ðàññåÿíèÿ) íîðìàëüíûõ ãàçîâ (n-H2 è n-D2),
à òàêæå ïàpà- è îðòîìîäèôèêàöèé (ð-H2 è o-D2) ñ
öåëüþ âûÿñíåíèÿ âëèÿíèÿ âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé
ìîëåêóë íà ïðèëèïàíèå. Ïó÷êè ïîñëåäíèõ ìîëåêóë
ïîëó÷àëèñü ñ ïîìîùüþ êîíâåðñèè íîðìàëüíûõ ãà-
çîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì íèêåëü-ñèëèêàòíîãî êàòàëèçà-
òîðà ïðè òåìïåðàòóðå 25 Ê. Îáðàçåö ìîíîêðèñòàë-
ëà ìåäè îõëàæäàëñÿ õîëîäíûì ãàçîì ãåëèÿ äî
Ts � 10 Ê. Äåòåêòîðîì ðàññåÿííûõ ìîëåêóë ñëóæèë
ïîäâèæíûé èîíèçàöèîííûé ìàíîìåòð ñ óçêèì âõîä-
íûì êàíàëîì, ÷òî ïîçâîëÿëî íàáëþäàòü äèôðàêöèþ
ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà.  óñ-
òàíîâêå áûëà âîçìîæíîñòü èçìåíÿòü óãîë ïàäåíèÿ
ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà â äîâîëüíî øèðîêèõ ïðåäå-
ëàõ. Èçìåðåíèå êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ â çàâè-
ñèìîñòè îò ïîêðûòèÿ ïðîèçâîäèëè ïóòåì ðåãèñòðà-
öèè ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ èññëåäóåìîãî ãàçà â
îñíîâíîé êàìåðå ñ ïîìîùüþ ìàññ-ñïåêòðîìåòðà â
ïðîöåññå êàê àäñîðáöèè, òàê è äåñîðáöèè ãàçà.
Âåñüìà îðèãèíàëüíûé ìåòîä èçìåðåíèÿ êîýôôè-
öèåíòà ïðèëèïàíèÿ è ïîêðûòèÿ ðåàëèçîâàí Øëèõ-
òèíãîì è Ìåíöåëåì [31]. Ýòè ïàðàìåòðû îïðåäåëÿ-
ëè ïî ïîâûøåíèþ äàâëåíèÿ ïðè òåðìîäåñîðáöèè
àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö â ñòåêëÿííûé êîëïà÷îê
ìàëîãî îáúåìà, â êîòîðîì ðàçìåùåí èîííûé èñòî÷-
íèê ìàññ-ñïåêòðîìåòðà. Êîëïà÷îê îòäåëåí îò îñíîâ-
íîé êàìåðû óçêèì çàçîðîì ñ ìàëîé ïðîâîäèìîñòüþ.
Ïîäîáíîå óõèùðåíèå çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò ÷óâñò-
âèòåëüíîñòü ìåòîäà òåðìîäåñîðáöèè ïî ñðàâíåíèþ ñ
òåì, êîãäà ðåãèñòðèðóåòñÿ ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ â
îñíîâíîé êàìåðå áîëüøîãî îáúåìà. Ïîñëå çàâåðøå-
íèÿ öèêëà àäñîðáöèè îõëàæäåííûé æèäêèì ãåëèåì
îáðàçåö ïåðåìåùàåòñÿ â ïîçèöèþ ïåðåä âõîäíûì îò-
âåðñòèåì êîëïà÷êà, è ïðîèçâîäèòñÿ òåðìîäåñîðáöèÿ.
Íà ðèñ. 5 [31] ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåí îïèñàííûé
ôðàãìåíò ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. Èññëåäóå-
ìûé ãàç ïîäàâàëè íà îáðàçåö èç ýôôóçèîííîãî èñ-
òî÷íèêà. Îõëàæäåíèå îáðàçöà îñóùåñòâëÿëè ÷åðåç
ìåäíûé áëîê, êîíòàêòèðóþùèé ñ æèäêèì ãåëèåì [32].
Íàêîíåö, îñòàíîâèìñÿ êðàòêî íà ìåòîäèêå èñ-
ñëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ,
ðåàëèçîâàííîé â ëàáîðàòîðèè àâòîðà. Íàìè áû-
ëà ñîçäàíà ñâåðõâûñîêîâàêóóìíàÿ óñòàíîâêà òèïà
«÷åðíîé êàìåðû» [33,34], îñíîâíûìè îñîáåííîñòÿ-
ìè êîòîðîé ÿâëÿþòñÿ âîçìîæíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ
ýôôóçèîííîãî ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà è ïðÿìîïðî-
ëåòíàÿ ðåãèñòðàöèÿ äåñîðáèðîâàííûõ èëè ðàññåÿí-
íûõ ìîëåêóë. Ðåæèì ïðÿìîïðîëåòíîé ðåãèñòðàöèè
óñòðàíÿåò âëèÿíèå âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ íà ñòåíêàõ
êàìåðû, èñêàæàþùåå ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé. Ïðÿ-
ìîïðîëåòíûé ðåæèì ðåãèñòðàöèè è ôîðìèðîâàíèå
ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà äîñòèãàëèñü çà ñ÷åò âñòðîåí-
8 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
Ðèñ. 4. Ïðèáîð, ñî÷åòàþùèé ìåòîä ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-
ýôôåêòà è LEED [8,25]. 1 — ñòåêëÿííûé êîðïóñ; 2 —
ãåëèåâûé êðèîñòàò; 3 — ìàíîìåòð; 4 — ãåòòåðíûé íà-
ñîñ; 5,6 — èñòî÷íèêè àäñîðáàòà; 7 — ýëåêòðîííàÿ ïóø-
êà; 8 — ñåòêè è ëþìèíåñöåíòíûé ýêðàí; 9 — îáðàçåö;
10 — òåðìîïàðà.
íîé â âàêóóìíóþ êàìåðó ðóáàøêè ñ äâîéíûìè ñòåí-
êàìè, îõëàæäàåìîé æèäêèì àçîòîì è ïîêðûòîé
ñâåæåíàïûëåííîé ïëåíêîé òèòàíà. Ñõåìàòè÷åñêîå
èçîáðàæåíèå óñòàíîâêè ïîêàçàíî íà ðèñ. 6 [34]. Îõ-
ëàæäåíèå îáðàçöà îñóùåñòâëÿëîñü ÷åðåç ìåäíûé
ñòåðæåíü, íåïîñðåäñòâåííî êîíòàêòèðóþùèé ñ æèä-
êèì ãåëèåì, çàëèòûì â òðóá÷àòûé ìàíèïóëÿòîð. Íà
ñòåðæåíü ïëîòíî íàñàæåíà âîëüôðàìîâàÿ òðóáêà, ê
ïðîòèâîïîëîæíîìó êîíöó êîòîðîé â êà÷åñòâå äíà
êîíòàêòíîé ñâàðêîé ïðèâàðåí èññëåäóåìûé îáðàçåö.
Ðàññìîòðèì, êàê îïðåäåëÿþòñÿ òàêèå ïàðàìåòðû
ïðîöåññà àäñîðáöèè, êàê êîýôôèöèåíò (âåðîÿò-
íîñòü) ïðèëèïàíèÿ ìîëåêóëû S, ïîâåðõíîñòíàÿ êîí-
öåíòðàöèÿ àäñîðáàòà n (èëè ñòåïåíü ïîêðûòèÿ �) è
ñïåêòð ñîñòîÿíèé àäñîðáöèè. Êîýôôèöèåíò ïðèëè-
ïàíèÿ – ýòî äîëÿ àäñîðáèðóþùèõñÿ ìîëåêóë èç ïî-
òîêà ïàäàþùèõ íà ïîâåðõíîñòü:
S
dn
dt F
�
1
, (2.1)
ãäå F – ïîòîê ìîëåêóë íà ïîâåðõíîñòü.
 îñíîâíîì ïðèìåíÿþòñÿ äâà ñïîñîáà èçìåðåíèÿ
êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ. Îäèí èç íèõ çàêëþ÷à-
åòñÿ â äèôôåðåíöèðîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíîé çà-
âèñèìîñòè ïîâåðõíîñòíîé êîíöåíòðàöèè îò âðåìå-
íè, îïðåäåëÿåìîé ìåòîäîì òåðìîäåñîðáöèè. Ýòîò
ñïîñîá ïðèìåíÿåòñÿ, íàïðèìåð, Ôðèññîì, Øëèõ-
òèíãîì è Ìåíöåëåì [35,36]. Âòîðîé ìåòîä îñíîâàí
íà èçìåðåíèè ïîòîêà ìîëåêóë, ðàññåÿííûõ èëè äå-
ñîðáèðîâàííûõ ïîâåðõíîñòüþ. Óêàæåì íà äâå ðàç-
íîâèäíîñòè ýòîãî ìåòîäà. Ïåðâàÿ ïðåäëîæåíà Êèí-
ãîì è Óýëëñîì [37,38] è áàçèðóåòñÿ íà èçìåðåíèè
äàâëåíèÿ ãàçà â êàìåðå â óñëîâèÿõ, êîãäà ìîëåêó-
ëÿðíûé ïó÷îê ïàäàåò íà ïîâåðõíîñòü îáðàçöà è êî-
ãäà îáðàçåö óáðàí â ñòîðîíó îò çîíû ìîëåêóëÿðíîãî
ïó÷êà. Âòîðàÿ ðàçíîâèäíîñòü ïðåäëîæåíà Áîñîâûì
è ×óéêîâûì [39] è îñíîâàíà íà íåïðåðûâíîì èç-
ìåðåíèè èíòåíñèâíîñòè ïîòîêà ðàññåÿííûõ èëè äå-
ñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë ÷åðåç èîííûé èñòî÷íèê
ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêîãî äåòåêòîðà äî âçàèìîäåé-
ñòâèÿ ñî ñòåíêàìè êàìåðû. Íàñêîëüêî ïîñëåäíåå óñ-
ëîâèå ÿâëÿåòñÿ âàæíûì, îñîáåííî ïðè èçìåðåíèè
ñïåêòðà òåðìîäåñîðáöèè, èëëþñòðèðóþò ðåçóëüòàòû
ðàáîò [40,41]. Ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè êèñëîðîäà,
èçìåðåííûé â óñëîâèÿõ, êîãäà äåñîðáèðîâàííûå
÷àñòèöû ìîãóò ïîïàäàòü â èîííûé èñòî÷íèê íå òîëü-
êî íåïîñðåäñòâåííî, íî è ïîñëå âçàèìîäåéñòâèÿ ñî
ñòåíêàìè, ñîäåðæèò íàðÿäó ñ àòîìàðíûì êèñëîðî-
äîì òàêæå ÑÎ, Î2, ÑÎ2 [40]. Îäíàêî åñëè èñêëþ-
÷èòü âëèÿíèå ñòåíîê, òî â ñïåêòðå îñòàåòñÿ òîëüêî
àòîìàðíûé êèñëîðîä [41].
 ìåòîäå Áîñîâà è ×óéêîâà êîýôôèöèåíò ïðèëè-
ïàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ
S t I t /Im( ) ( )� 1 , (2.2)
ãäå I(t) è Im – èîííûå òîêè äåòåêòîðà â ìîìåíò âðå-
ìåíè t è ïîñëå îáðàçîâàíèÿ íàñûùåííîãî àäñîðáè-
ðîâàííîãî ñëîÿ ñîîòâåòñòâåííî. Ïîâåðõíîñòíàÿ êîí-
öåíòðàöèÿ ìîëåêóë îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ
n t F S t dt
t
( ) ( )�
0
. (2.3)
Ñòåïåíü ïîêðûòèÿ �(t) = n(t)/na , na — êîíöåíòðà-
öèÿ ïîâåðõíîñòíûõ àòîìîâ ïîäëîæêè (äëÿ ãðàíåé
(110) W è Ìî � 1,4·1015 ñì–2). Åñëè ýòî ñïå-
öèàëüíî íå îãîâîðåíî, òî â äàëüíåéøåì èçëîæåíèè
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 9
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
1
2
3
4
5 6
8
7
Ðèñ. 5. Ôðàãìåíò óñòàíîâêè ñ îãðàíè÷åííûì îáúåìîì
äëÿ íàêîïëåíèÿ äåñîðáèðóåìîãî ãàçà [31]. 1 — îáðàçåö;
2 — åìêîñòíîå êîëüöî; 3 — ñòåêëÿííûé êîëïà÷îê; 4 —
êàìåðà èîííîãî èñòî÷íèêà; 5 — íèòü èîííîãî èñòî÷íèêà;
6,7 — äåòàëè êâàäðóïîëüíîãî ìàññ-ñïåêòðîìåòðà; 8 —
çàñëîíêà.
1
2
3
4
5
6
7
O , H2 2
Ðèñ. 6. Ñõåìà óñòàíîâêè ñ ýôôóçèîííûì ìîëåêóëÿðíûì
ïó÷êîì è îäíîïðîëåòíîé ðåãèñòðàöèåé [34]. 1 — îáðà-
çåö; 2 — èñòî÷íèê ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà; 3 — çàñëîíêà;
4 — àçîòíàÿ ðóáàøêà; 5 — ìàíèïóëÿòîð; 6 — èñïàðè-
òåëü òèòàíà; 7 — ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêèé äåòåêòîð.
� — êîëè÷åñòâî ìîëåêóë íà îäèí ïîâåðõíîñòíûé
àòîì ïîäëîæêè âíå çàâèñèìîñòè îò òîãî, äèññîöèè-
ðîâàíà ëè ìîëåêóëà.
Ïåðåéäåì òåïåðü ê ðàññìîòðåíèþ ðåçóëüòàòîâ èñ-
ñëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè ãàçîâ.
Íàèáîëåå äåòàëüíî ñîñðåäîòî÷èìñÿ íà ðåçóëüòàòàõ
äëÿ âîäîðîäà, ìåíåå ïîäðîáíî – äëÿ êèñëîðîäà è
âåñüìà êðàòêî – äëÿ îêèñè óãëåðîäà è àçîòà, ÷òî îï-
ðåäåëÿåòñÿ, âî-ïåðâûõ, îáúåìàìè îïóáëèêîâàííûõ
ðåçóëüòàòîâ äëÿ ýòèõ ãàçîâ è, âî-âòîðûõ, íàó÷íûìè
èíòåðåñàìè àâòîðà. Äëÿ êðàòêîñòè áóäåì óïîòðåá-
ëÿòü èñïîëüçóåìûå â ëèòåðàòóðå òåðìèíû àäàòîì
(àäñîðáèðîâàííûé àòîì), àäìîëåêóëà (àäñîðáèðî-
âàííàÿ ìîëåêóëà), àä÷àñòèöà (àäñîðáèðîâàííàÿ
÷àñòèöà), àäñëîé (àäñîðáèðîâàííûé ñëîé).
3. Âîäîðîä
Ñðåäè ïðîñòûõ ãàçîâ (H2, N2, O2, CO, CO2) âî-
äîðîä ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøèì. Àòîì âîäîðîäà îáëàäà-
åò âñåãî îäíèì ýëåêòðîíîì (ìîëåêóëà – äâóìÿ), è
ýòî äåëàåò åãî áîëåå äîñòóïíûì äëÿ òåîðèè àäñîðá-
öèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ ìåòàëëà.
Âîäîðîä ïðåäñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ ñ òî÷-
êè çðåíèÿ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ, êàê ó÷àñò-
íèê âàæíûõ êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ (íàïðèìåð,
ñèíòåçà àììèàêà), êàê ïåðñïåêòèâíîå ýêîëîãè÷åñêè
÷èñòîå òîïëèâî è ò.ï. Êëþ÷åâûì çâåíîì â êàòàëèçå
è ðàñòâîðåíèè âîäîðîäíîãî òîïëèâà â òâåðäîòåëü-
íîì íîñèòåëå ÿâëÿåòñÿ äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ
âîäîðîäà. Èçîòîïû âîäîðîäà îáëàäàþò óíèêàëüíûì
îòíîøåíèåì ìàññ (D2 âäâîå òÿæåëåå H2), ýòî íàèáî-
ëåå áëàãîïðèÿòíî äëÿ ïðîÿâëåíèÿ ðàçëè÷íûõ èçî-
òîïíûõ ýôôåêòîâ.
Èññëåäîâàíèå àäñîðáöèè âîäîðîäà ïðè íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ êàê â ÷èñòî íà-
ó÷íîì, òàê è â ïðèêëàäíîì àñïåêòàõ. Òîëüêî ïðè
òåìïåðàòóðàõ, áëèçêèõ ê òåìïåðàòóðå æèäêîãî ãå-
ëèÿ, ìîæíî ñòàöèîíàðíî óäåðæèâàòü íà ïîâåðõíî-
ñòè âîäîðîä â ìîëåêóëÿðíûõ ñîñòîÿíèÿõ àäñîðáöèè
è èçó÷àòü ñâîéñòâà òàêèõ ôèçè÷åñêè àäñîðáèðîâàí-
íûõ ñëîåâ, ôàçîâûå ïåðåõîäû, èçîòîïíûå è êâàí-
òîâûå ýôôåêòû â íèõ. Êðîìå òîãî, ôèçàäñîðáè-
ðîâàííûå ìîëåêóëû ìîãóò âûñòóïàòü â êà÷åñòâå
ïðåäñîñòîÿíèé äëÿ äèññîöèàòèâíîé õåìîñîðáöèè, è
èçó÷åíèå ïîâåäåíèÿ ìîëåêóë â ñîñòîÿíèè ôèçàä-
ñîðáöèè î÷åíü âàæíî äëÿ ïîíèìàíèÿ ìåõàíèçìà õå-
ìîñîðáöèè.
3.1. Ïðîöåññû àäñîðáöèè—äåñîðáöèè âîäîðîäà
íà ïîâåðõíîñòè ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ
3.1.1. Äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ
Âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé àäñîðáöèîííîé ñèñòå-
ìû ÿâëÿåòñÿ ñîñòîÿíèå àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö:
äèññîöèàòèâíîå àòîìàðíîå èëè ìîëåêóëÿðíîå. Â
÷àñòíîñòè, êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíûìè ìîãóò áûòü
òîëüêî òå ïîâåðõíîñòè, íà êîòîðûõ ïðîèñõîäèò äèñ-
ñîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ. Ïåðâûå èçâåñòíûå íàì
ðàáîòû ïî íèçêîòåìïåðàòóðíîé (Òs � 4,2 Ê) àäñîðá-
öèè âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè âîëüôðàìà îïóáëèêî-
âàíû â 1955–57 ãã. Ãîìåðîì è ñîàâò. [16,42,43].
 [16] äàíî ïîäðîáíîå îïèñàíèå ýêñïåðèìåíòîâ è
ðåçóëüòàòîâ. Ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëè â àâòîýëåêò-
ðîííîì ïðîåêòîðå ñ âîëüôðàìîâûì îñòðèåì, îõëàæ-
äåííûì æèäêèì ãåëèåì. Íà îäíó ñòîðîíó îñòðèÿ íà-
íîñèëè àäñëîé âîäîðîäà ñ ðåçêîé ãðàíèöåé è ïî
àâòîýìèññèîííîìó èçîáðàæåíèþ íà ëþìèíåñöåíò-
íîì ýêðàíå ñëåäèëè çà ðàñïðîñòðàíåíèåì ãðàíèöû
ïî ïîâåðõíîñòè (110), âûõîäÿùåé íà âåðøèíó îñò-
ðèÿ. Ïðè áîëüøèõ ïîêðûòèÿõ äâèæåíèå ãðàíèöû
íàáëþäàåòñÿ óæå ïðè Òs < 20 Ê, ÷òî ïðèïèñûâàåòñÿ
ìèãðàöèè ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë âîäîðîäà
ïî õåìîñîðáèðîâàííîìó àòîìàðíîìó ñëîþ. Åñëè æå
íà÷àëüíîå ïîêðûòèå ñóùåñòâåííî ìåíüøå, òî äâèæå-
íèå ãðàíèöû íà÷èíàåòñÿ ëèøü ïðè Òs � 180 Ê, è ýòî,
ñêîðåå âñåãî, ïîâåðõíîñòíàÿ äèôôóçèÿ àòîìàðíîãî
âîäîðîäà. Òàêèì îáðàçîì, àâòîðû [16] ïðèøëè ê
âûâîäó, ÷òî äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ âîäîðîäà
íà ÷èñòîé ïîâåðõíîñòè W(110) ïðîèñõîäèò ïðè òåì-
ïåðàòóðå æèäêîãî ãåëèÿ.
Ê ïðîòèâîïîëîæíîìó çàêëþ÷åíèþ ïðèøëè Ïîëè-
çîòòè è Ýðëèõ [19]. Ïðîâîäÿ èññëåäîâàíèå àäñîðá-
öèè âîäîðîäà ïðè Òs = 80 Ê â àâòîýëåêòðîííîì ïðî-
åêòîðå, àâòîðû [19] îáíàðóæèëè, ÷òî èçìåíåíèå
ðàáîòû âûõîäà (ýëåêòðîíà) ãðàíè W(110) �110 (èç-
ìåðåíà ñ ïîìîùüþ çîíäîâîãî îòâåðñòèÿ) íà÷èíàåòñÿ
ëèøü ïîñëå òîãî, êîãäà èçìåíåíèå ðàáîòû âûõîäà
�mean , óñðåäíåííîé ïî âñåìó îñòðèþ, óæå çàêàí÷è-
âàåòñÿ. Ïîñêîëüêó ïðè÷èíîé èçìåíåíèÿ ðàáîòû âû-
õîäà ÿâëÿåòñÿ àäñîðáöèÿ, àâòîðû [19] ïðèøëè ê âû-
âîäó, ÷òî äèññîöèàòèâíàÿ àäñîðáöèÿ âîäîðîäà íà
W(110) ïðè ýòèõ óñëîâèÿõ íå ïðîèñõîäèò, à çàïàç-
äûâàþùåå èçìåíåíèå �110 âûçâàíî «íàïîëçàíèåì»
àòîìîâ âîäîðîäà ñ ïåðèôåðèéíûõ ðûõëûõ ó÷àñòêîâ
îñòðèÿ. Ïðè Ts = 38 Ê �110 è �mean èçìåíÿþòñÿ ñèí-
õðîííî, îäíàêî ïðè îòîãðåâå îñòðèÿ äî 77 Ê �110
âîçâðàùàåòñÿ ê ïåðâîíà÷àëüíîìó çíà÷åíèþ áåç ïðè-
çíàêîâ êîíâåðñèè ìîëåêóëÿðíîãî âîäîðîäà â àòî-
ìàðíûé. Òàêèì îáðàçîì, àâòîðû [19] óòâåðæäàþò,
÷òî ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå íà ïîâåðõíîñòè W(110)
äèññîöèàòèâíàÿ àäñîðáöèÿ âîäîðîäà íå ïðîèñõîäèò.
Íàì òðóäíî ñóäèòü î ïðè÷èíàõ ïîäîáíîãî ðàçëè-
÷èÿ âûâîäîâ ðàáîò [16] è [19]. Ìîæíî ëèøü âûñêà-
çàòü ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî íà õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ðà-
áîòû âûõîäà, èçìåðåííîé ïî àâòîýìèññèîííîìó
òîêó ñ î÷åíü ìàëîãî ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè, îêàçûâàåò
âëèÿíèå ñèëüíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, íåîáõîäèìîå
äëÿ àâòîýëåêòðîííîé ýìèññèè. Â ýêñïåðèìåíòàõ
10 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
[16] ñèëüíîå ïîëå òàêæå ïðèñóòñòâóåò, îäíàêî î õà-
ðàêòåðå àäñîðáöèè ñóäèëè íå ïî ðàáîòå âûõîäà, à ïî
äâèæåíèþ ãðàíèöû àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ íà àâòî-
ýìèññèîííîì èçîáðàæåíèè. Íèæå ïðèâåäåì åùå íå-
ñêîëüêî àðãóìåíòîâ â ïîëüçó äèññîöèàòèâíîé àä-
ñîðáöèè ïðè Òs � 5 Ê, ïîëó÷åííûõ â ýêñïåðèìåíòàõ
ñ ìàêðîêðèñòàëëàìè â îòñóòñòâèå êàêîãî-ëèáî ýëåê-
òðè÷åñêîãî ïîëÿ.
 ñïåêòðå òåðìîäåñîðáöèè (ðèñ. 7 [44]) àäñîð-
áèðîâàííîãî ñëîÿ âîäîðîäà, îáðàçîâàííîãî íà ïî-
âåðõíîñòè W(110) ïðè Òs � 5 Ê, ïîìèìî íèçêîòåì-
ïåðàòóðíûõ ïèêîâ, îòíîñÿùèõñÿ ê ìîëåêóëÿðíûì
àäñîðáöèîííûì ñîñòîÿíèÿì (î íèõ ïîäðîáíî íèæå),
ñîäåðæàòñÿ äâà âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïèêà (410 è
550 Ê), îòíîñÿùèõñÿ ê àòîìàðíîé õåìîñîðáöèè è
ðàíåå íàáëþäàâøèõñÿ Òàììîì è Øìèäòîì [45].
Àòîìàðíàÿ ïðèðîäà ýòèõ ñîñòîÿíèé óñòàíîâëåíà ìå-
òîäîì èçîòîïíîãî îáìåíà [45,46]. Ïðàâäà, íåëüçÿ â
ïðèíöèïå èñêëþ÷èòü, ÷òî àòîìàðíàÿ õåìîñîðáèðî-
âàííàÿ ôàçà îáðàçîâàëàñü íå â ïðîöåññå àäñîðáöèè
ïðè 5 Ê, à âñëåäñòâèå êîíâåðñèè ìîëåêóëÿðíîé
ôàçû ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû. Îäíàêî ðåçóëü-
òàòû ðàáîòû [46] äîêàçûâàþò, ÷òî ýòî íå òàê. Åñëè
áû ìîëåêóëÿðíàÿ ôàçà àäñîðáöèè ó÷àñòâîâàëà â îá-
ðàçîâàíèè àòîìàðíîé ôàçû, òî êîëè÷åñòâî ìîëåêóë
â íèçêîòåìïåðàòóðíîé ôàçå äåñîðáöèè áûëî áû ñó-
ùåñòâåííî ìåíüøå â òîì ñëó÷àå, êîãäà àäñîðáöèÿ
ïðîèñõîäèò íà ïåðâîíà÷àëüíî ÷èñòîé ïîâåðõíîñòè,
÷åì â ñëó÷àå àäñîðáöèè íà çàðàíåå ñôîðìèðîâàííóþ
àòîìàðíóþ ôàçó (â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ìîëåêóëÿðíàÿ
ôàçà íå òðàòèëàñü áû íà îáðàçîâàíèå àòîìàðíîé).
Íà ñàìîì äåëå, ñïåêòðû òåðìîäåñîðáöèè â ýòèõ
äâóõ ñëó÷àÿõ îêàçàëèñü èäåíòè÷íûìè.
 ïîëüçó äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè âîäîðîäà
ïðè Òs � 5 Ê íà W(110) íà íà÷àëüíîì ýòàïå ïðîöåññà
ñâèäåòåëüñòâóåò òàêæå õàðàêòåð çàâèñèìîñòè êîýô-
ôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ S(�).
Íàêîïëåíèå íà ïîâåðõíîñòè ñëàáîñâÿçàííûõ ìîëå-
êóë ñ ñàìîãî íà÷àëà ïðîöåññà àäñîðáöèè äîëæíî ñî-
ïðîâîæäàòüñÿ óâåëè÷åíèåì êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ, êàê ýòî íàáëþäàëè Àíäåðññîí è ñîàâò. [30] äëÿ
àäñîðáöèè Í2 íà ìåäè, êîãäà äèññîöèàöèè ìîëåêóë
Í2 íå ïðîèñõîäèò. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ äëÿ
ñèñòåìû Í2/W(110) ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî íà
íà÷àëüíîì ýòàïå êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ óìåíü-
øàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ïîêðûòèÿ. Ýòî âèäíî íà ðèñ. 8
[47] (ïîäðîáíåå î çàâèñèìîñòè S(�) ñì. íèæå).
Î äèññîöèàòèâíîì ìåõàíèçìå àäñîðáöèè âîäîðî-
äà òàêæå è íà ïîâåðõíîñòè W(111) ïðè Òs � 5 Ê ñâè-
äåòåëüñòâóþò ðåçóëüòàòû ðàáîò [46,48]. Â ïîëüçó
ýòîãî ãîâîðèò èçîòîïíûé îáìåí äëÿ âûñîêîòåìïåðà-
òóðíûõ ïèêîâ äåñîðáöèè è îòñóòñòâèå âëèÿíèÿ òåì-
ïåðàòóðû ïîäëîæêè íà êèíåòèêó íà÷àëüíîé ñòàäèè
àäñîðáöèè â èíòåðâàëå 5–150 Ê. Åñëè áû ïðè ïåðå-
õîäå îò Ts = 150 Ê ê Ts = 5 Ê ïðîèñõîäèëî èçìåíåíèå
ìåõàíèçìà àäñîðáöèè, òî ýòî ñêàçàëîñü áû íà êè-
íåòèêå ïðîöåññà. Óòâåðæäåíèå î äèññîöèàòèâíîì
õàðàêòåðå àäñîðáöèè âîäîðîäà (è äåéòåðèÿ) ïðè
Òs � 5 Ê íà íà÷àëüíîì ýòàïå ïðîöåññà íà ïåðåõîä-
íîì ìåòàëëå ðóòåíèè ñîäåðæèòñÿ â ðàáîòå Ôðèññà,
Øëèõòèíãà è Ìåíöåëÿ [35]. Êîñâåííûå ïðèçíàêè
äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè âîäîðîäà íà Ìî(110)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 11
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
50 200
0
50
100
H2 / W(110)
Ts� 5 Ê
550 K
410 K
10 K
6 K
2
t,c
–
d
n
/d
t,
1
0
ì
î
ë
å
êó
ë
/ñ
ì
·
ñ
1
1
Ðèñ. 7. Ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè âîäîðîäà [44].
S
0,2
0,1
0 0,5 1,0 1,5
óñë. åä.�,
H2
D2
Ðèñ. 8. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ H2 è D2
îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ [47].
ïðè Òs � 5 Ê ìîæíî íàéòè â ðàáîòå [49], íà ÷åì ìû
äåòàëüíåå îñòàíîâèìñÿ íèæå.
Òàêèì îáðàçîì, èìåþòñÿ äîñòàòî÷íûå, ñ íàøåé
òî÷êè çðåíèÿ, îñíîâàíèÿ óòâåðæäàòü, ÷òî ïðè
Òs � 5 Ê íà ïîâåðõíîñòè ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ (W,
Mo, Ru) íà íà÷àëüíîé ñòàäèè ïðîöåññà ïðîèñõîäèò
äèññîöèàòèâíàÿ õåìîñîðáöèÿ âîäîðîäà (äåéòåðèÿ)
âïëîòü äî îáðàçîâàíèÿ ìîíîàòîìíîãî ñëîÿ, à â äàëü-
íåéøåì íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, ïîêðûòîé õåìî-
ñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì àòîìîâ, îáðàçóþòñÿ ìî-
ëåêóëÿðíûå ôàçû àäñîðáöèè.
3.1.1.1. Íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ.
Ñâåäåíèÿ î íà÷àëüíîì êîýôôèöèåíòå ïðèëèïàíèÿ
S0 (ïðè �
0) è âëèÿíèè íà íåãî òàêèõ ôàêòîðîâ,
êàê òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè, òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå
(ïîòîê) àäñîðáèðóþùåãîñÿ ãàçà ïðåäñòàâëÿþò çíà-
÷èòåëüíûé èíòåðåñ êàê èñòî÷íèê èíôîðìàöèè î õà-
ðàêòåðå ïîòåíöèàëà âçàèìîäåéñòâèÿ ãàç–ìåòàëë, â
÷àñòíîñòè î òîì, êàêîé èç âàðèàíòîâ ïîòåíöèàëà íà
ðèñ. 1 ðåàëèçóåòñÿ. Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî íà íà÷àëüíîì
ýòàïå àäñîðáöèÿ Í2 íà ïåðåõîäíûõ ìåòàëëàõ ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ÿâëÿåòñÿ äèññîöèàòèâíîé,
óìåñòíî ðàññìîòðåòü äàííûå î íà÷àëüíîì êîýôôè-
öèåíòå ïðèëèïàíèÿ â ðàçäåëå, ïîñâÿùåííîì äèññî-
öèàòèâíîé àäñîðáöèè. Íà ðèñ. 9 [47] äëÿ ñèñòåìû
D2/W(110) è ðèñ. 10 [49] äëÿ ñèñòåì Í2/Ìî(110)
è D2/Mo(110) ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè íà÷àëüíîãî
êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ îò òåìïåðàòóðû ãàçà
S0(Tg).  ñëó÷àå D2/W(110) çàâèñèìîñòü ÿâëÿåòñÿ
íåìîíîòîííîé, ïðè Tg < 200 Ê S0 óìåíüøàåòñÿ ñ
ðîñòîì Tg, à ïðè Tg > 200 Ê S0 óâåëè÷èâàåòñÿ. Òà-
êîé õàðàêòåð çàâèñèìîñòè S0(Tg) äëÿ àäñîðáöèè D2
íà W(110) ñâèäåòåëüñòâóåò î íàëè÷èè äâóõ êàíàëîâ
àäñîðáöèè: 1) ÷åðåç ñîáñòâåííîå ïðåäñîñòîÿíèå, êî-
ãäà âåðîÿòíîñòü çàõâàòà â ïðåäñîñòîÿíèå åñòåñòâåí-
íî óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïà-
äàþùåé ìîëåêóëû; 2) ÷åðåç àêòèâàöèîííûé áàðüåð,
êîãäà âåðîÿòíîñòü äèññîöèàòèâíîé õåìîñîðáöèè ïó-
òåì ïðåîäîëåíèÿ áàðüåðà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì
êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîëåêóë. Òàêèì îáðàçîì, â
ýòîì ñëó÷àå «ðàáîòàþò» äâà âàðèàíòà ïîòåíöèàëà –
2 è 3 íà ðèñ. 1.
 ñëó÷àå àäñîðáöèè íà Ìî(110) êàê äëÿ âîäîðî-
äà, òàê è äëÿ äåéòåðèÿ íàáëþäàåòñÿ ìîíîòîííîå
óìåíüøåíèå S0 ñ ðîñòîì Tg (ðèñ. 10), òî åñòü äèññî-
öèàòèâíàÿ àäñîðáöèÿ ïðåèìóùåñòâåííî ïðîèñõîäèò
ïî âòîðîìó ïóòè — ÷åðåç ñîáñòâåííîå ïðåäñîñòîÿ-
íèå. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïîñëåäíåå óòâåðæäåíèå
íå áåññïîðíî, è íåêîòîðûå àâòîðû îòäàþò ïðåäïî÷-
òåíèå ìåõàíèçìó ñòèðèíã-ýôôåêòà, òàêæå îáúÿñ-
íÿþùåìó óìåíüøåíèå S0 ñ ðîñòîì Tg [50–54]. Ñóòü
ñòèðèíã-ýôôåêòà ñîñòîèò â òîì, ÷òî ìåäëåííåå ëåòÿ-
ùàÿ ìîëåêóëà â ïîëå ïîâåðõíîñòíûõ ñèë ëó÷øå óñ-
ïåâàåò ïðèñïîñîáèòüñÿ ê íàèáîëåå ýíåðãåòè÷åñêè
âûãîäíîé êîíôèãóðàöèè. Õîòÿ ýòîò ýôôåêò âïîëíå
âîçìîæåí, è èìåþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå ñâèäå-
òåëüñòâà åãî ñóùåñòâåííîé ðîëè [52–54], îäíàêî
ó÷àñòèå ïðåäñîñòîÿíèÿ â ìåõàíèçìå äèññîöèàòèâíîé
àäñîðáöèè âîäîðîäà íåëüçÿ ñáðàñûâàòü ñî ñ÷åòîâ.
12 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
W (110)
S
0,4
0,3
0,2
0 250 500 750
T , Ê
0
g
Ðèñ. 9. Çàâèñèìîñòü íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ D2 íà W(110) îò òåìïåðàòóðû ãàçà [47].
200 400 600
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
H
2
D
2
Mo(110)
Ts � 5 K
S
0
Tg , K
Ðèñ. 10. Çàâèñèìîñòü íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðèëè-
ïàíèÿ H2 è D2 íà Ìî(110) îò òåìïåðàòóðû ãàçà [49].
Îá ýòîì ñâèäåòåëüñòâóþò, â ÷àñòíîñòè, ðåçóëüòàòû
ðàáîòû [55], ðàññìîòðåííûå íèæå.
Íà ðèñ. 11 [55] ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü S0 îò ïîòî-
êà ìîëåêóë äëÿ Í2 è D2 íà W(110).  ñëó÷àå Í2 íà-
áëþäàåòñÿ çíà÷èòåëüíûé ðîñò S0 ïðè óâåëè÷åíèè
ïîòîêà îò � 5�1012 äî 2�1014 ìîëåêóë/ñì2·ñ. Íàì
ïðåäñòàâëÿåòñÿ íåñîìíåííûì, ÷òî íàáëþäàåìîå èç-
ìåíåíèå S0 ñ óâåëè÷åíèåì ïîòîêà âîçìîæíî â òîì
ñëó÷àå, êîãäà â ìåõàíèçìå àäñîðáöèè ïðèíèìàåò
ó÷àñòèå ñîáñòâåííîå ïðåäñîñòîÿíèå, è ìîëåêóëû,
ïðåáûâàþùèå â ïðåäñîñòîÿíèè, âçàèìîäåéñòâóþò
äðóã ñ äðóãîì.  [55] ïîêàçàíî, ÷òî, ñ ó÷åòîì äàí-
íûõ î ïîäâèæíîñòè ìîëåêóë Í2 â ïðåäñîñòîÿíèè è
ðåàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èçìåðèòåëüíîé óñòàíîâêè,
ñáëèæåíèå è âçàèìîäåéñòâèå ìîëåêóë â ïðåäñîñòîÿ-
íèè âïîëíå âîçìîæíî, è óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà
ïðèëèïàíèÿ ñâÿçûâàåòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì êëàñòåðîâ
2D êîíäåíñèðîâàííîé ôàçû è çàòðóäíåííîé òåðìî-
äåñîðáöèåé ìîëåêóë èç òàêèõ êëàñòåðîâ. Áåç ó÷åòà
óïðóãîãî îòðàæåíèÿ ìîëåêóë êîýôôèöèåíò ïðèëè-
ïàíèÿ ìîæíî âûðàçèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì [11,56]:
S
E E
kT
d
a
a d
s
0
1
1� �
�
�
��
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
exp , (3.1)
ãäå �à , �d — ÷àñòîòíûå ìíîæèòåëè; Åà , Åd — ýíåð-
ãèè àêòèâàöèè ïåðåõîäà èç ïðåäñîñòîÿíèÿ â ñî-
ñòîÿíèå õåìîñîðáöèè è äåñîðáöèè ñîîòâåòñòâåííî.
Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè äåñîðáöèè ìîëåêóëû èç êëàñòå-
ðà äîëæíà áûòü áîëüøå èç-çà ëàòåðàëüíîãî ïðèòÿ-
ãèâàòåëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë â êëàñòåðå.
Èç (3.1) âèäíî, ÷òî óâåëè÷åíèå Åd ïðèâîäèò ê óâå-
ëè÷åíèþ S0.
Êàê âèäíî íà ðèñ. 11, äëÿ àäñîðáöèè äåéòåðèÿ
ïîäîáíîãî óâåëè÷åíèÿ S0 ñ ðîñòîì ïîòîêà íå ïðîèñ-
õîäèò (áîëåå òîãî, S0 äàæå íåñêîëüêî óìåíüøàåòñÿ,
÷åìó ïîêà íåò îáúÿñíåíèÿ). Ìû ïîëàãàåì, ÷òî ïðè-
÷èíîé îòñóòñòâèÿ óâåëè÷åíèÿ S0 äëÿ äåéòåðèÿ ÿâ-
ëÿåòñÿ íåâîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ êëàñòåðîâ 2D
ôàçû, ïîäîáíî âîäîðîäó. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, îáú-
ÿñíÿåòñÿ áîëåå ãëóáîêèì ïîëîæåíèåì óðîâíÿ íóëå-
âûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû D2 â ôèçàäñîðáöèîííîé
ïîòåíöèàëüíîé ÿìå, ò.å. áîëåå ãëóáîêèì, ÷åì äëÿ
Í2, ïîòåíöèàëüíûì ðåëüåôîì âäîëü ïîâåðõíîñòè.
Íåëüçÿ èñêëþ÷èòü è âëèÿíèÿ êâàíòîâîé òóííåëüíîé
äèôôóçèè â ñëó÷àå âîäîðîäà. Ìû íå âèäèì èíîãî
îáúÿñíåíèÿ ðîñòà íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðèëè-
ïàíèÿ ñ óâåëè÷åíèåì ïîòîêà ïðè Òs � 5 Ê íà W(110),
êðîìå âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë â ñîáñòâåííîì ïðåä-
ñîñòîÿíèè è, òàêèì îáðàçîì, ïî êðàéíåé ìåðå, äëÿ
ñèñòåìû H2/W(110) îíî äåéñòâóåò.
3.1.2. Àäñîðáöèîííî-äåñîðáöèîííûå ïðîöåññû â
ìîëåêóëÿðíîé ôàçå
3.1.2.1. Êèíåòèêà àäñîðáöèè. Íàñêîëüêî íàì èç-
âåñòíî, êèíåòèêà íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè âî-
äîðîäà íà ïåðåõîäíûõ ìåòàëëàõ, êðîìå íàøèõ ðàáîò
äëÿ W è Ìî [46–49,55,57,58], èññëåäîâàëàñü â ðàáî-
òå Ôðèññà, Øëèõòèíãà è Ìåíöåëÿ äëÿ ðóòåíèÿ [35].
Íà ðèñ. 12 [59] ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè êîýô-
ôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ Í2 îò ïîêðûòèÿ íà ïîâåðõ-
íîñòè W(110), ïðåäâàðèòåëüíî çàïîëíåííîé õåìî-
ñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì àòîìîâ âîäîðîäà. Òàêàÿ
ïîâåðõíîñòü ôîðìèðîâàëàñü ïóòåì îòæèãà äî òåìïå-
ðàòóðû � 100 Ê îáðàçöà, ðàíåå íàñûùåííîãî âîäîðî-
äîì ïðè Òs � 5 Ê. Çàâèñèìîñòè S(�) ïîëó÷åíû ïðè
ðàçëè÷íûõ èíòåíñèâíîñòÿõ ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà.
Ñïëîøíûå êðèâûå — ýêñïåðèìåíòàëüíûå [55], òî÷-
êè ïîëó÷åíû ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðíîãî ìîäåëè-
ðîâàíèÿ ìåòîäîì Ìîíòå-Êàðëî [59]. Ðàññìîòðèì
âíà÷àëå îäíó èç çàâèñèìîñòåé, íàïðèìåð, äëÿ ìàê-
ñèìàëüíîãî ïîòîêà F = 2�1014 ìîëåêóë/ñì2·ñ. Íà-
áëþäàþùèéñÿ ðîñò êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ ñ ïî-
êðûòèåì îáúÿñíÿåòñÿ ïîâûøåíèåì ýôôåêòèâíîñòè
ïîòåðè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïàäàþùåé ìîëåêóëû
ïðè åå ñòîëêíîâåíèè ñ ðàíåå àäñîðáèðîâàííîé ñëà-
áîñâÿçàííîé ìîëåêóëîé. Ýòî ïðîèñõîäèò èç-çà óðàâ-
íèâàíèÿ ìàññ ó÷àñòíèêîâ àêòà ñîóäàðåíèÿ, òîãäà êàê
ïðè óäàðå î ÷èñòóþ ïîâåðõíîñòü èëè ïîêðûòóþ æå-
ñòêîñâÿçàííûìè àòîìàìè âîäîðîäà ðàçëè÷èå ìàññ
î÷åíü âåëèêî è êîýôôèöèåíò àêêîìîäàöèè ìàë. Ïî-
äîáíûé ðîñò êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ ñ óâåëè÷å-
íèåì ïîêðûòèÿ â ìîëåêóëÿðíîé àäñîðáèðîâàííîé
ôàçå íàáëþäàëñÿ â íàøèõ áîëåå ðàííèõ ðàáîòàõ
[47,58] äëÿ W(110), à òàêæå Ôðèññîì, Øëèõòèí-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 13
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
Ðèñ. 11. Çàâèñèìîñòè íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðèëè-
ïàíèÿ H2 è D2 íà W(110) îò ïîòîêà ìîëåêóë ãàçà [55].
1,3 — ñîîòâåòñòâåííî H2 è D2 íà ÷èñòîé ïîâåðõíîñòè;
2,4 — H2 è D2 íà ïîâåðõíîñòè, ïðåäâàðèòåëüíî ïîêðû-
òîé õåìîñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì.
ãîì è Ìåíöåëåì äëÿ ðóòåíèÿ [35], Àíäåðññîíîì è
ñîàâò. [30] è Âèëüöåíîì è ñîàâò. [60] äëÿ àäñîðáöèè
íà ìåäè (ê ïîäðîáíîìó îáñóæäåíèþ ðåçóëüòàòîâ
äëÿ ìåäè ìû îáðàòèìñÿ íèæå). Íàçîâåì ýòî ýôôåê-
òîì àìîðòèçàöèè.
Ïîñëåäóþùåå óìåíüøåíèå êîýôôèöèåíòà ïðèëè-
ïàíèÿ ñ ðîñòîì � (ðèñ. 12) ìîæåò áûòü âûçâàíî íå-
ñêîëüêèìè ïðè÷èíàìè. Îäíà èç ãëàâíûõ ïðè÷èí —
òåðìîäåñîðáöèÿ. Îá ýòîì ñâèäåòåëüñòâóåò ñèëüíàÿ
çàâèñèìîñòü ðàâíîâåñíîé ñòåïåíè ïîêðûòèÿ îò ïîòî-
êà ãàçà. Ïðè îòñóòñòâèè äåôèöèòà ñâîáîäíûõ àä-
ñîðáöèîííûõ ìåñò ðàâíîâåñíîå ïîêðûòèå óñòàíàâ-
ëèâàëîñü òàêèì, ÷òîáû ïîòîêè äåñîðáèðóþùèõñÿ è
ïàäàþùèõ ìîëåêóë óðàâíîâåøèâàëèñü. Êðîìå òîãî,
ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ìåòîäîì Ìîíòå-Êàðëî,
ó÷èòûâàþùåãî àìîðòèçàöèþ, òåðìîäåñîðáöèþ è
ñëàáîå ëàòåðàëüíîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìîëåêó-
ëàìè [59], óäîâëåòâîðèòåëüíî ñîãëàñóþòñÿ ñ ýêñïå-
ðèìåíòîì (ðèñ. 12), è ýòî ïîäòâåðæäàåò âûâîä îá
îïðåäåëÿþùåé ðîëè òåðìîäåñîðáöèè â âîçíèêíîâå-
íèè ñïàäàþùåé âåòâè çàâèñèìîñòè S(�).
Âåñüìà îðèãèíàëüíàÿ òðàêòîâêà ïðè÷èíû óìåíü-
øåíèÿ êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ â îáëàñòè çà-
âåðøåíèÿ çàñòðîéêè ïåðâîãî ôèçàäñîðáèðîâàííîãî
ìîíîñëîÿ Í2 íà ïîâåðõíîñòè (001) ðóòåíèÿ ïðåäëî-
æåíà Ôðèññîì, Øëèõòèíãîì è Ìåíöåëåì [35]. Àâ-
òîðû [35] âèäÿò ïðè÷èíó ïîíèæåíèÿ êîýôôèöèåíòà
ïðèëèïàíèÿ â îáëàñòè � � 1 â óñèëåíèè æåñòêîñòè
ðåøåòêè ìîëåêóëÿðíîãî àäñëîÿ âîäîðîäà âñëåäñò-
âèå ëàòåðàëüíîãî ñæàòèÿ ýòîãî ñëîÿ ïî ñðàâíåíèþ
ñ ìîëåêóëÿðíîé ïëîñêîñòüþ êðèñòàëëà âîäîðîäà.
Äâèæóùåé ñèëîé òàêîãî ñæàòèÿ ÿâëÿåòñÿ äîâîëüíî
áîëüøîå ðàçëè÷èå ýíåðãèè ñâÿçè ìîëåêóë ñ ïîäëîæ-
êîé â ïåðâîì è âòîðîì ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ñëîÿõ
(â ïåðâîì Åd ñóùåñòâåííî áîëüøå). Ïîýòîìó ïà-
äàþùèì íà ïîâåðõíîñòü ìîëåêóëàì ýíåðãåòè÷å-
ñêè âûãîäíåå «âòèñêèâàòüñÿ» â ïåðâûé ìîíîñëîé,
÷åì çàñòðàèâàòü âòîðîé ñëîé. Òàêàÿ âîçìîæíîñòü, â
ñâîþ î÷åðåäü, îáúÿñíÿåòñÿ àíîìàëüíî âûñîêîé ñæè-
ìàåìîñòüþ âîäîðîäíîãî ñëîÿ âñëåäñòâèå áîëüøîé
àìïëèòóäû íóëåâûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû Í2. Îá
àíîìàëüíîé ñæèìàåìîñòè êðèñòàëëà âîäîðîäà ñîîá-
ùàëîñü â [61]. Íà ðèñ. 13, âîñïðîèçâåäåííîì èç
[35], ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëè-
ïàíèÿ Í2 íà Ru(001) îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ. Âèäíî,
÷òî ïðè çàâåðøåíèè ôîðìèðîâàíèÿ ïåðâîãî ìîíî-
ñëîÿ S ðåçêî óìåíüøàåòñÿ. Â [35] ïðè Ts � 4,8 Ê â
ñïåêòðå òåðìîäåñîðáöèè íàáëþäàëèñü äâà ïèêà, ñî-
îòâåòñòâóþùèå ïåðâîìó è âòîðîìó ñëîÿì. Åñëè òåì-
ïåðàòóðó àäñîðáöèè ïîâûñèòü äî 5,5 Ê, ÷òîáû íå
óäåðæèâàëñÿ âòîðîé ñëîé, òî â ñïåêòðå òåðìîäå-
ñîðáöèè îñòàåòñÿ îäèí ïèê, è çàâèñèìîñòè S(�)
â [35] è íàøèõ ðàáîòàõ êà÷åñòâåííî ïîäîáíû. Êàê
îòìå÷àëîñü âûøå, ìîäåëèðîâàíèå Ìîíòå-Êàðëî,
ó÷èòûâàþùåå òåðìîäåñîðáöèþ è íå ó÷èòûâàþùåå
ýôôåêò ñæàòèÿ àäñëîÿ, óäîâëåòâîðèòåëüíî îïèñû-
âàåò íàøè ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû [59], õî-
òÿ íåëüçÿ èñêëþ÷èòü, ÷òî êàêîå-òî íåçíà÷èòåëüíîå
âëèÿíèå íà ñïàäàþùóþ âåòâü çàâèñèìîñòè S(�) ýô-
ôåêò ñæàòèÿ ìîã îêàçàòü. Äëÿ áîëåå óâåðåííîãî îò-
âåòà íà ýòîò âîïðîñ ìû ïëàíèðóåì ïðîâåñòè ýêñïå-
ðèìåíòû ïðè áîëåå íèçêîé òåìïåðàòóðå, êîãäà áóäóò
óäåðæèâàòüñÿ íåñêîëüêî ìîëåêóëÿðíûõ ñëîåâ.
 ïîðÿäêå ñîïîñòàâëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ íàøèõ ðà-
áîò äëÿ ñèñòåìû Í2/W(110) [55,58,59] ñ ðåçóëü-
òàòàìè ðàáîòû [35] äëÿ ñèñòåìû Í2/Ru(001) íå-
îáõîäèìî êîñíóòüñÿ åùå äâóõ âîïðîñîâ. Ïåðâûé
çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ïî÷åìó â íàøåì ñëó÷àå èçìåðåí-
íûå çàâèñèìîñòè S(�) ïðîñòèðàþòñÿ äî � � 1, à â
[35] — äî � � 2. Âîçìîæíî, ïðè÷èíà ýòîãî ðàçëè÷èÿ
ñîñòîèò â òîì, ÷òî ýíåðãèÿ àêòèâàöèè äåñîðáöèè Í2
äëÿ ðóòåíèÿ ( � 30 ìý [35]) ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì
äëÿ âîëüôðàìà ( � 15 ìýÂ [58,59]). Âåðîÿòíî, è äëÿ
âòîðîãî ìîëåêóëÿðíîãî àäñëîÿ â ñëó÷àå Ru(001) Ed
áîëüøå, ÷åì â ñëó÷àå W(110). Âîçìîæíî, ïîýòîìó â
íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ íå äîñòèãàåòñÿ ïëîòíîñòü ïåð-
âîãî àäñëîÿ, ïðè êîòîðîé ìîæåò èãðàòü ñóùåñòâåí-
14 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
4
3
2
1
S
H
2
/ W(110)
�
Ðèñ. 12. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ H2 îò
ñòåïåíè ïîêðûòèÿ íà ïîâåðõíîñòè W(110), ïðåäâàðèòåëü-
íî çàïîëíåííîé õåìîñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì [59].
Ñïëîøíûå ëèíèè — ýêñïåðèìåíò, òî÷êè — ìîäåëèðîâà-
íèå ìåòîäîì Ìîíòå-Êàðëî; ïîòîê, F, ñì–2·ñ–1: 0,6·1013
(1); 0,9·1013 (2); 4·1013 (3); 20·1013 (4).
íóþ ðîëü ýôôåêò ñæàòèÿ è óñèëåíèÿ æåñòêîñòè
ðåøåòêè àäñëîÿ.
Âòîðîé âîïðîñ îòíîñèòñÿ ê ñïåêòðàì òåðìîäå-
ñîðáöèè âîäîðîäà. Êàê â íàøèõ ðàáîòàõ, òàê è
â [35] íàáëþäàëèñü äâà ãëàâíûõ ïèêà äåñîðáöèè
ìîëåêóëÿðíîé ôàçû àäñîðáöèè. Îäíàêî â íàøåì
ñëó÷àå îáà ïèêà ïðåäñòàâëÿþò äåñîðáöèþ îäíîãî
ôèçàäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ, â êîòîðîì ìîëåêóëû íà-
õîäÿòñÿ â ðàçíûõ ñîñòîÿíèÿõ [44,57]. Â [35] êàæ-
äûé èç äâóõ ïèêîâ òåðìîäåñîðáöèè ïðåäñòàâëÿåò îò-
äåëüíûé ìîíîñëîé.
3.1.2.2. Êèíåòèêà èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè Í2
ñ W(110). Ïîñêîëüêó èçìåíåíèå ïîòîêà ìîëåêóë íà
ïîâåðõíîñòü îêàçûâàåò âëèÿíèå íà êèíåòèêó íèçêî-
òåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè Í2 íà W(110), ñîãëàñíî
ïðèíöèïó äåòàëüíîãî ðàâíîâåñèÿ, ìîæíî îæèäàòü
âëèÿíèÿ ïîòîêà è íà êèíåòèêó äåñîðáöèè. Ðåçóëü-
òàòû èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ïîòîêà ìîëåêóë ïðè
ôîðìèðîâàíèè àäñëîÿ âîäîðîäà íà êèíåòèêó ïîñëå-
äóþùåé èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè ïðè Òs � 5 Ê ïî-
ëó÷åíû â ðàáîòàõ [44,57].
Íà ðèñ. 14 [57] ïîêàçàíû âðåìåííûå çàâèñèìîñòè
ñêîðîñòè èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè Í2 ñ W(110)
ïðè Òs � 5 Ê èç àäñëîåâ, ñôîðìèðîâàííûõ ïðè ïîòî-
êàõ � 1�1013 è 2�1014 ìîëåêóë/ñì2·ñ. Âèäíî, ÷òî óâå-
ëè÷åíèå ïîòîêà ðåçêî ïîäàâëÿåò èçîòåðìè÷åñêóþ äå-
ñîðáöèþ: êîëè÷åñòâî ìîëåêóë, äåñîðáèðîâàâøèõñÿ
â ñëó÷àå áîëüøîãî ïîòîêà, ïðèáëèçèòåëüíî â 50 ðàç
ìåíüøå, ÷åì â ñëó÷àå ìàëîãî ïîòîêà.  [44,57] ïî-
äàâëåíèå èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè Í2 èíòåðïðåòè-
ðóåòñÿ êàê ñëåäñòâèå ôàçîâîãî ïåðåõîäà 2D ãàç—2D
êîíäåíñàò â àäñîðáèðîâàííîì ñëîå. Èçâåñòíî, ÷òî
êðèòè÷åñêèé ðàçìåð çàðîäûøåé êîíäåíñèðîâàííîé
ôàçû óìåíüøàåòñÿ ïðè âîçðàñòàíèè ïåðåñûùåíèÿ.
Ýòî ïîçâîëÿåò îæèäàòü, ÷òî âåðîÿòíîñòü îñóùåñòâ-
ëåíèÿ ôàçîâîãî ïåðåõîäà ãàç–êîíäåíñàò çà âðåìÿ
ýêñïåðèìåíòà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè âîçðàñòàíèè ïîòî-
êà, ÷òî, ñêîðåå âñåãî, è íàáëþäàåòñÿ. Ýíåðãèÿ àêòè-
âàöèè äåñîðáöèè èç 2D êîíäåíñèðîâàííîé ôàçû
äîëæíà áûòü áîëüøå, ÷åì èç 2D ãàçîâîé ôàçû, èç-çà
ëàòåðàëüíîãî ïðèòÿãèâàòåëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ
ìîëåêóë. Ýòî è ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé ïîäàâëåíèÿ èçî-
òåðìè÷åñêîé äåñîðáöèè ïðè óâåëè÷åíèè ïîòîêà.
Ïðè ìàëîì ïîòîêå íàáëþäàåòñÿ áûñòðàÿ (íå-
ñêîëüêî ñåêóíä) è ìåäëåííàÿ (ñîòíè ñåêóíä) ñòàäèè
äåñîðáöèè. Ïðè áîëüøîì ïîòîêå íàáëþäàåòñÿ òîëü-
êî áûñòðàÿ ñòàäèÿ äåñîðáöèè. Áûñòðàÿ ñòàäèÿ äå-
ñîðáöèè — ýòî äåñîðáöèÿ íåçíà÷èòåëüíîãî êîëè÷åñò-
âà ìîëåêóë, ñîäåðæàùèõñÿ âî âòîðîì ìîëåêóëÿðíîì
ñëîå. Ìåäëåííóþ ñòàäèþ ìîæíî ïðîàíàëèçèðîâàòü,
âîñïîëüçîâàâøèñü óðàâíåíèåì Ïîëÿíè–Âèãíåðà â
ëîãàðèôìè÷åñêîé ôîðìå:
lg lg lg �
�
�
�
�
� � �
dn
dt
a n
E
kTd
d
s
� – ,0 43 , (3.2)
ãäå n — ïîâåðõíîñòíàÿ êîíöåíòðàöèÿ, �d — ÷àñòîò-
íûé ìíîæèòåëü, Åd — ýíåðãèÿ àêòèâàöèè äåñîðá-
öèè, à — ïîðÿäîê ðåàêöèè äåñîðáöèè.
Íà ðèñ. 15 [57] ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè
äåñîðáöèè îò êîíöåíòðàöèè. Âèäíî, ÷òî áîëüøàÿ
÷àñòü àäñëîÿ äåñîðáèðóåòñÿ ïî ïåðâîìó ïîðÿäêó ðå-
àêöèè, ÷òî ðàçóìíî ïðèïèñàòü äåñîðáöèè èç 2D ãà-
çîâîé ôàçû. Îäíàêî â íåçíà÷èòåëüíîì èíòåðâàëå
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 15
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
**
*
*
***
*
****
****
***
******
* **
*
**
*
S
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 1 2�
Ðèñ. 13. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ H2 îò
ñòåïåíè ïîêðûòèÿ íà ïîâåðõíîñòè Ru(001), ïðåäâàðè-
òåëüíî çàïîëíåííîé õåìîñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì [35].
� — Ts = 4,8 Ê; � — Ts = 5,5 Ê; � — àäñîðáöèÿ âî
âòîðîì ñëîå ïðè Ts = 4,8 Ê.
1 10 100
12
H2 / W(110)
Ts� 5K
00
20
10 0,5
1
t,c
2
–
d
n
/d
t,
1
0
ì
î
ë
å
êó
ë
/ñ
ì
·
ñ
1
3
Ðèñ. 14. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðá-
öèè Í2 îò âðåìåíè [57]. 1 — ìàëûé ïîòîê; 2 — áîëü-
øîé ïîòîê.
êîíöåíòðàöèé 1012–1013 ìîëåêóë/ñì2 ïîðÿäîê ðå-
àêöèè áëèçîê ê íóëåâîìó. Â [44,57] ïîñëåäíèé ðå-
çóëüòàò èíòåðïðåòèðóåòñÿ êàê ñëåäñòâèå ïîäïèòêè
2D ãàçîâîé ôàçû çà ñ÷åò «òàÿíèÿ» îñòðîâêîâ 2D
êîíäåíñàòà. Ïî-âèäèìîìó, è ïðè ìàëîì ïîòîêå (ïðè
ôîðìèðîâàíèè àäñëîÿ) âáëèçè äåôåêòîâ ïîâåðõíî-
ñòè îáðàçóþòñÿ îñòðîâêè 2D êîíäåíñàòà, â êîòîðûõ
îäíàêî ñîäåðæèòñÿ î÷åíü íåçíà÷èòåëüíàÿ äîëÿ îá-
ùåãî ÷èñëà ìîëåêóë â àäñëîå.
 ïîëüçó ðàññìîòðåííîé èíòåðïðåòàöèè ñâèäå-
òåëüñòâóþò ñïåêòðû òåðìîäåñîðáöèè àäñîðáèðîâàí-
íûõ ñëîåâ, îáðàçîâàííûõ ïðè ìàëîì è áîëüøîì ïî-
òîêàõ. Íà ðèñ. 16 ïðèâåäåíû òàêèå ñïåêòðû [57].
Âèäíî, ÷òî äëÿ ìàëîãî ïîòîêà îñíîâíîå êîëè÷åñòâî
äåñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë ñîäåðæèòñÿ â ïèêå 6 Ê
(2D ãàç) è ëèøü íåçíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî – â
ïèêå 10 Ê (2D êîíäåíñàò).  ñëó÷àå æå áîëüøîãî
ïîòîêà ñîäåðæàíèå ìîëåêóë â ïèêå 10 Ê âûðîñëî â
äåñÿòêè ðàç.
Íà îñíîâå ðàññìîòðåííûõ ðåçóëüòàòîâ â [44,57]
ïðåäëîæåíà ãèïîòåòè÷åñêàÿ ìîäåëü àäñëîÿ âîäîðîäà
íà W(110) ïðè Òs � 5 Ê, èçîáðàæåííàÿ íà ðèñ. 17.
 ïåðâîì ìîëåêóëÿðíîì ñëîå 2D ãàç ñîñåäñòâóåò ñ
îñòðîâêàìè 2D êîíäåíñàòà, è âî âòîðîì ìîëåêóëÿð-
íîì ñëîå â ðàâíîâåñèè ñ ïàäàþùèì ïîòîêîì ñîäåð-
æèòñÿ ñîâñåì ìàëîå êîëè÷åñòâî ìîëåêóë, êîòîðûå
î÷åíü áûñòðî óëåòó÷èâàþòñÿ ïðè ïåðåêðûòèè ïîòîêà.
Ïðåäñòàâëÿåòñÿ èíòåðåñíûì âûÿñíèòü, êàêîâ õà-
ðàêòåð ïåðåõîäà îò 2D ãàçà ê 2D êîíäåíñàòó ïðè
óâåëè÷åíèè ïîòîêà ìîëåêóë íà ïîâåðõíîñòü. Íà
ðèñ. 18 [57] ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ïîëíîãî êîëè÷å-
ñòâà èçîòåðìè÷åñêè äåñîðáèðîâàâøèõñÿ ìîëåêóë Í2
(â äîëÿõ ìîíîñëîÿ) îò ïîòîêà. Äî âåëè÷èíû ïîòîêà
� 1�1014 ìîëåêóë/ñì2·ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûå òî÷êè
óêëàäûâàþòñÿ íà èçîòåðìó Ëåíãìþðà [62]. Ýòî îç-
íà÷àåò, ÷òî ïðè òàêèõ ïîòîêàõ â àäñëîå íå ïðîèñõî-
äèò ñóùåñòâåííûõ èçìåíåíèé. Îäíàêî ïðè ïîòîêå
2�1014 ìîëåêóë/ñì2·ñ êîëè÷åñòâî äåñîðáèðîâàâøèõ-
ñÿ ìîëåêóë ðåçêî óìåíüøàåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì,
ñóùåñòâóåò êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå ïîòîêà (ïåðåñû-
16 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
12 13 14 15
11
12
13
D
C
B
A
lg n
H2/ W(110)
Ts~ 5 Ê
lg
(
–
d
n
/d
t)
Ðèñ. 15. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè èçîòåðìè÷åñêîé äåñîðá-
öèè Í2 îò êîíöåíòðàöèè â ëîãàðèôìè÷åñêîì ìàñøòàáå
[44,57]. Îòðåçîê AB — à � 1; îòðåçîê CD — à � 0 .
0 25 50 75
t , ñ
t , ñ
0 2 4 20 40
100
50
200
100
à
á
d
n
/d
t·
1
0
, ì
î
ë
å
êó
ë
/ñ
ì
·
ñ
d
n
/d
t·
1
0
, ì
î
ë
å
êó
ë
/ñ
ì
·
ñ
1
2
1
2
2
2
6 Ê
6 Ê
10 Ê
10 Ê
H
H
2
2
/ W(110)
/ W(110)
Ðèñ. 16. Ñïåêòðû òåðìîäåñîðáöèè äëÿ ìàëîãî ïîòîêà
(à) è áîëüøîãî (á) ïîòîêîâ [44,57].
ùåíèå), êîòîðîå äîëæíî áûòü ïðåâûøåíî äëÿ îñóùå-
ñòâëåíèÿ ôàçîâîãî ïåðåõîäà 2D ãàç – 2D êîíäåíñàò.
 çàêëþ÷åíèå ýòîãî ïàðàãðàôà óêàæåì, ÷òî çà-
ìåòíàÿ èçîòåðìè÷åñêàÿ äåñîðáöèÿ äåéòåðèÿ ïðè
Òs � 5 Ê íå íàáëþäàåòñÿ. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ìû ñâÿ-
çûâàåì ñ áîëåå ãëóáîêèì ïîëîæåíèåì óðîâíÿ íóëå-
âûõ êîëåáàíèé áîëåå òÿæåëîé ìîëåêóëû D2 â ôèç-
àäñîðáöèîííîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå.
3.1.2.3. Îñîáåííîñòè êèíåòèêè àäñîðáöèè âî-
äîðîäà íà ïîâåðõíîñòè Ìî(110) ïðè Òs � 5 Ê. Ïî-
âåðõíîñòü Ìî(110) èìååò àòîìíóþ ñòðóêòóðó,
ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íóþ ñòðóêòóðå W(110), îäíàêî
ýëåêòðîííàÿ ñòðóêòóðà ýòèõ ìåòàëëîâ íåñêîëüêî îò-
ëè÷àåòñÿ. Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ñðàâíèòü êèíåòèêó
àäñîðáöèè Í2 íà ýòèõ ïîâåðõíîñòÿõ. Íà ðèñ. 19 [57]
ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ
Í2 è D2 íà ïîâåðõíîñòè Ìî(110) îò ïîêðûòèÿ.
Î÷åíü ñëàáîå èçìåíåíèå (â ñëó÷àå D2 ïðàêòè÷åñêè
íåèçìåííîñòü) êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ íà íà-
÷àëüíîé ñòàäèè ïðîöåññà àäñîðáöèè ñâèäåòåëüñòâóåò
î ìåõàíèçìå àäñîðáöèè ÷åðåç âíåøíåå ïðåäñîñòîÿ-
íèå, â îòëè÷èå îò òîãî, ÷òî íàáëþäàåòñÿ äëÿ W(110)
(ñì. ðàçä. 3.1.1, ðèñ. 8). Êàê óæå îòìå÷àëîñü, îòñóò-
ñòâèå çíà÷èòåëüíîãî ðîñòà êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî âîäîðîä (äåéòåðèé)
âíà÷àëå íàêàïëèâàåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè â àòîìàðíîé,
à íå â ìîëåêóëÿðíîé ôîðìå. Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíè-
ìàíèå ðåçêèé è ãëóáîêèé ìèíèìóì âáëèçè � = 0,5
äëÿ âîäîðîäà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìîíîñëîþ õåìîñîð-
áèðîâàííûõ àòîìîâ.
 [49,57] ïðåäëîæåíî ñëåäóþùåå îáúÿñíåíèå
ýòîé îñîáåííîñòè. Äî ïðàêòè÷åñêè ïîëíîé çàñòðîé-
êè ñëîÿ õåìîñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ ìîëåêóëû Í2,
âñëåäñòâèå àíîìàëüíî âûñîêîé ïîäâèæíîñòè íà ñëîå
àäàòîìîâ, íàõîäÿò íåçàíÿòûå ó÷àñòêè ïîâåðõíîñòè è
äèññîöèàòèâíî õåìîñîðáèðóþòñÿ. Áóäó÷è çàïîëíåí-
íîé õåìîñîðáèðîâàííûì ìîíîñëîåì àòîìîâ, ïîâåðõ-
íîñòü ñòàíîâèòñÿ èíåðòíîé (èññÿêàþò íåíàñûùåí-
íûå âàëåíòíûå ñâÿçè), è êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ
êàòîñòðîôè÷åñêè ïàäàåò. Ïîñêîëüêó òåìïåðàòóðà
äîñòàòî÷íî íèçêàÿ, ÷òîáû óäåðæèâàëñÿ ôèçàäñîðáè-
ðîâàííûé ìîëåêóëÿðíûé ñëîé, íà ïîâåðõíîñòè íà-
÷èíàþò íàêàïëèâàòüñÿ ñëàáîñâÿçàííûå ìîëåêóëû,
àêêîìîäàöèÿ óëó÷øàåòñÿ, è êîýôôèöèåíò ïðèëèïà-
íèÿ ðàñòåò.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 17
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
3
2
1
W
Ðèñ. 17. Ìîäåëü àäñëîÿ âîäîðîäà ïðè Ts � 5 Ê [57]. 1 —
ìîíîñëîé õåìîñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ; 2 — ìîíîñëîé
ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë â âèäå 2D ãàçà è 2D êîí-
äåíñàòà; 3 — ïîëèñëîéíàÿ êîíäåíñàöèÿ.
50 100
0,25
0,50
0,75
0
�s
F ,10
12
ìîëåêóë/ñì2·ñ
H2/ W(110)
Ts~ 5 Ê
Ðèñ. 18. Èçîòåðìà Ëåíãìþðà [57]. � — ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå òî÷êè.
0,5 1,0 1,5 2,0
0,1
0,2
0,3
0,4
D2H2
Mo (110)
Ts � 5 K
T g � 100 K
S
�
0
Ðèñ. 19. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ H2 è
D2 íà Ìî(110) îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ [49,57].
Ïðàâîìåðåí âîïðîñ, ïî÷åìó òàêàÿ îñîáåííîñòü íå
íàáëþäàåòñÿ â ñëó÷àå àäñîðáöèè äåéòåðèÿ. Ìû ïî-
ëàãàåì, ÷òî ïðè÷èíà îïÿòü-òàêè â îòëè÷èè êâàí-
òîâûõ ñâîéñòâ ìîëåêóëû D2. Áîëåå ãëóáîêîå ïîëî-
æåíèå óðîâíÿ íóëåâûõ êîëåáàíèé (ïî ñðàâíåíèþ
ñ âîäîðîäîì) îïðåäåëÿåò áîëåå ðàçâèòûé ïîòåíöè-
àëüíûé ðåëüåô è ìåíüøóþ ïîäâèæíîñòü ìîëåêóë.
Ïîýòîìó åùå äî çàâåðøåíèÿ çàñòðîéêè õåìîñîðáè-
ðîâàííîé àòîìàðíîé ôàçû íà ïîâåðõíîñòè íàêàïëè-
âàþòñÿ ìîëåêóëû D2, ÷òî êîìïåíñèðóåò óìåíüøåíèå
êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ õèìè-
÷åñêîé àêòèâíîñòè ïîâåðõíîñòè. Ìû íå èñêëþ÷àåì,
÷òî êàêóþ-òî ðîëü â âîçíèêíîâåíèè ðàññìîòðåííîé
îñîáåííîñòè çàâèñèìîñòè S(�) äëÿ Í2/Ìî(100) èã-
ðàåò êâàíòîâàÿ äèôôóçèÿ ìîëåêóë. Äëÿ ïðîâåðêè
ýòîãî ïðåäïîëîæåíèÿ ñëåäóåò ïîíèçèòü òåìïåðàòóðó
îáðàçöà.
3.1.3. Ñòðóêòóðà àäñëîÿ âîäîðîäà ïðè Òs � 5 Ê
Ñòðóêòóðà àäïëåíîê âîäîðîäà ïðè Òs � 5 Ê èññëå-
äîâàëàñü íà ïåðåõîäíûõ ìåòàëëàõ W, Mo è Ni ìåòî-
äîì äèôðàêöèè ìåäëåííûõ ýëåêòðîíîâ â ðàáîòàõ
Ôåäîðóñà è ñîàâò. [63–68]. Íåêîòîðûå ðåçóëüòàòû
ýòèõ èññëåäîâàíèé ïðèâåäåíû â îáçîðå Íàóìîâöà
[9]. Îñíîâíûå è íàèáîëåå íàäåæíûå äàííûå îòíî-
ñÿòñÿ ê ñòðóêòóðå àòîìàðíîãî õåìîñîðáèðîâàííîãî
ñëîÿ íà ïëîòíîóïàêîâàííûõ ãðàíÿõ (110) âîëüôðà-
ìà è ìîëèáäåíà, êîòîðûé ïîëó÷åí ïðè ñîîòâåòñò-
âóþùåì îòæèãå àäñëîÿ âîäîðîäà, îáðàçîâàííîãî
ïðè Òs � 5 Ê. Àäñîðáöèÿ ïðè Òs � 5 Ê ïðèâîäèò ê îá-
ðàçîâàíèþ ïî÷òè íåóïîðÿäî÷åííîãî ñëîÿ, õîòÿ àâòî-
ðû [63] è [68] óñìàòðèâàþò â äèôðàêöèîííûõ êàð-
òèíêàõ ñëàáîå ïðîÿâëåíèå íåêîòîðîãî ïîðÿäêà. Êàê
ïîêàçàíî â ðàáîòàõ [34,44,46–49,57], íà ïîâåðõíî-
ñòè W(110) è Ìî(110) ïðè Òs � 5 Ê îáðàçóåòñÿ
ìîíîñëîé õåìîñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ, ïîâåðõ êîòî-
ðîãî ôîðìèðóåòñÿ ìîëåêóëÿðíûé ôèçàäñîðáèðîâàí-
íûé ñëîé. Àíàëîãè÷íûé ðåçóëüòàò ïîëó÷åí â [35]
äëÿ àäñîðáöèè âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè ðóòåíèÿ.
Äëÿ òàêîãî ñîñòàâíîãî àäñëîÿ íàäåæíî èíòåðïðåòè-
ðîâàòü íàáëþäàåìûå êàðòèíû LEED, ïî-âèäèìîìó,
âðÿä ëè âîçìîæíî.
Õîðîøî èíòåðïðåòèðóåìûå è ÷åòêèå êàðòèíêè
LEED äëÿ ñèñòåìû âîäîðîä íà W(110) ïîëó÷àþòñÿ
ïîñëå îòæèãà äî 120–160 Ê àäñëîÿ, ïîëó÷åííîãî ïðè
Òs � 5 Ê. Ïîñëå îòæèãà îáðàçåö ñíîâà îõëàæäàëè äî
5 Ê è äëÿ ïîêðûòèé � = 0,5; � = 0,75 è � = 1 íàáëþ-
äàëè ñòðóêòóðû ð(2�1), (2�2) è (1�1) ñîîòâåòñòâåí-
íî. Ìîäåëè äâóõ ïåðâûõ ñòðóêòóð ïðèâåäåíû íà
ðèñ. 20 [63]. Íà ýòîì æå ðèñóíêå ïîêàçàíû çàâèñè-
ìîñòè èíòåíñèâíîñòè ðåôëåêñîâ ýòèõ ñòðóêòóð îò
òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè. Âèäíî, ÷òî ôàçîâûé ïåðå-
õîä ïîðÿäîê–áåñïîðÿäîê ïðîèñõîäèò ïðè òåìïåðà-
òóðàõ çíà÷èòåëüíî íèæå êîìíàòíîé, è äëÿ ñòðóêòó-
ðû (2�2) òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà âûøå, ÷åì äëÿ
ð(2�1), ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ áîëåå ñèëüíûì âçàèìîäåé-
ñòâèåì àäàòîìîâ âîäîðîäà â áîëåå ïëîòíîé ñòðóêòó-
ðå. Ëþêñþòîâ è Ôåäîðóñ [20] äåòàëüíî èçó÷èëè ôà-
çîâûå ïåðåõîäû ïîðÿäîê–áåñïîðÿäîê â ñòðóêòóðàõ
ð(2�1) è (2�2), óñòàíîâèëè, ÷òî òåìïåðàòóðíûå çà-
âèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåôëåê-
ñîâ ïîä÷èíÿþòñÿ ñòåïåííîìó çàêîíó è îïðåäåëèëè
êðèòè÷åñêèå èíäåêñû � = 0,13 äëÿ ð(2�1) è � = 0,25
äëÿ (2�2). Äëÿ âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè Ìî(110) íå
íàáëþäàëàñü ñòðóêòóðà ð(2�1), à òîëüêî (2�2) ïðè
ñòåïåíè ïîêðûòèÿ � = 0,5, è àâòîðàìè [64] ïðåäëî-
æåíà ìîäåëü òàêîé ñòðóêòóðû.
Ôåäîðóñîì ñ ñîàâòîðàìè îáíàðóæåí ýôôåêò ýëåê-
òðîííî-ñòèìóëèðîâàííîãî ðàçóïîðÿäî÷åíèÿ (ÝÑÐ)
õåìîñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ âîäîðîäà ïðè Òs � 5 Ê íà
ïîâåðõíîñòè W(110) [63] è ïîâåðõíîñòè Ìî(110)
[64], à çàòåì – è ýôôåêò ýëåêòðîííî-ñòèìóëèðîâàí-
íîãî óïîðÿäî÷åíèÿ (ÝÑÓ) [64,66].  ðàáîòå [66] ïî-
êàçàíî, ÷òî è ïðè ÝÑÐ, è ïðè ÝÑÓ ñòåïåíü ïîðÿäêà
ñî âðåìåíåì ñòðåìèòñÿ ê îäíîìó è òîìó æå óðîâíþ
íåïîëíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ, ÷òî ãîâîðèò îá óíèâåð-
ñàëüíîñòè ìåõàíèçìîâ ÝÑÐ è ÝÑÓ. Ïðè÷èíîé íå-
ïîëíîãî ÝÑÐ ÿâëÿåòñÿ êîíêóðèðóþùåå âîçäåéñòâèå
ÝÑÓ. Õàðàêòåðíî, ÷òî â ñëó÷àå àäñîðáöèè íà
W(110) ÝÑÐ äîñòèãàåò çíà÷èòåëüíî áîëüøåé ñòåïå-
íè, ÷åì â ñëó÷àå àäñîðáöèè íà Ìî(110) [65]. Ýòî
ðàçëè÷èå ìîæíî îáúÿñíèòü ñóùåñòâåííî ìåíüøåé
ïîäâèæíîñòüþ àäàòîìîâ íà W(110) (ãëóáæå ïîòåí-
öèàëüíûé ðåëüåô âäîëü ïîâåðõíîñòè). Ìîæíî óñ-
ìîòðåòü íåêóþ àíàëîãèþ ìåæäó óêàçàííûì ðàçëè-
÷èåì ïîâåäåíèÿ ïëåíêè âîäîðîäà íà W(110) è
Ìî(110) è ðàçëè÷èåì êèíåòèêè àäñîðáöèè âîäîðîäà
íà ýòèõ ïîäëîæêàõ [49]. Â äàëüíåéøåì ýôôåêòû
ýëåêòðîííî-ñòèìóëèðîâàííîãî ðàçóïîðÿäî÷åíèÿ è
18 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
p(2 1)�
(2 2)�
I/
I 0
1
0 100 200 300
T, K
Ðèñ. 20. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè äè-
ôðàêöèîííûõ ðåôëåêñîâ äëÿ ñòðóêòóð ð(2�1) è (2�2)
âîäîðîäà íà W(110) [63]; òîíêèå ëèíèè — ðàñ÷åò äëÿ
ìîäåëè Èçèíãà.
óïîðÿäî÷åíèÿ ïîäðîáíî èññëåäîâàëèñü, è áûë ïðåä-
ëîæåí ìåõàíèçì ýòîãî ÿâëåíèÿ [64–69]. Îäíèì èç
íàèáîëåå âåðîÿòíûõ ñ÷èòàåòñÿ ìåõàíèçì, çàêëþ÷àþ-
ùèéñÿ â âîçáóæäåíèè êîëåáàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé àäà-
òîìîâ âîäîðîäà, êîòîðûå ìîãóò ìèãðèðîâàòü âäîëü
ïîâåðõíîñòè, îáåñïå÷èâàÿ ïîâûøåííóþ ïîäâèæ-
íîñòü àäàòîìîâ. Âñëåäñòâèå ìàëîé ìàññû àòîìà âî-
äîðîäà âîçáóæäàþòñÿ âûñîêî÷àñòîòíûå êîëåáàíèÿ,
ÿâëÿþùèåñÿ äîëãîæèâóùèìè èç-çà íåýôôåêòèâíîãî
îáìåíà ýíåðãèåé ñ ïîäëîæêîé [69].
Íåñêîëüêî ñëîâ îá èçîòîïíûõ ýôôåêòàõ â ñòðóê-
òóðå àäïëåíîê âîäîðîäà. Àäñëîè Í, D è Í+D íà
W(110) õàðàêòåðèçóþòñÿ îäíèì è òåì æå íàáîðîì
ñòðóêòóð: ð(2�1), (2�2) è (1�1); èçîòîïíûé ýôôåêò
â ôàçîâûõ ïåðåõîäàõ ïîðÿäîê–áåñïîðÿäîê íå íà-
áëþäàåòñÿ: ïëåíêè Í, D è Í+D ðàçóïîðÿäî÷èâàþò-
ñÿ ïðàêòè÷åñêè ïðè îäèíàêîâûõ òåìïåðàòóðàõ [65].
Çàòî ñèëüíûé èçîòîïíûé ýôôåêò íàáëþäàåòñÿ â
ñêîðîñòè ÝÑÐ: â ïëåíêàõ äåéòåðèÿ ÝÑÐ ïðîèñõîäèò
â 5 ðàç ìåäëåííåå, ÷åì â ïëåíêàõ âîäîðîäà [65,66].
Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ÝÑÐ àäñëîåâ âîäîðî-
äà è äåéòåðèÿ ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå ýíåðãåòè÷åñêîãî
ïîðîãà: ýôôåêò èìååò ìåñòî äàæå ïðè òåïëîâûõ
ýíåðãèÿõ ýëåêòðîíîâ [65–68]. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì,
÷òî ïðè ïîïàäàíèè ýëåêòðîíà íà ïîâåðõíîñòü âûñâî-
áîæäàåòñÿ ýíåðãèÿ � 5 ýÂ (ðàçíèöà ìåæäó óðîâíåì
âàêóóìà è óðîâíåì Ôåðìè ìåòàëëà), è ýòà ýíåðãèÿ
ðàñõîäóåòñÿ íà âîçáóæäåíèå êîëåáàíèé àäàòîìà.
Àâòîðû [65] óêàçûâàþò íà íåêîòîðûå ïðèçíàêè
êâàíòîâîé äèôôóçèè â ìîëåêóëÿðíîé ôàçå. Ñëåäó-
åò, îäíàêî, çàìåòèòü, ÷òî ïðè ñòåïåíÿõ ïîêðûòèÿ
� < 1 (â àòîìàõ) ïðàêòè÷åñêè âåñü âîäîðîä ñîäåð-
æèòñÿ â àòîìàðíîé õåìîñîðáèðîâàííîé ôàçå, îñî-
áåííî äëÿ ïîâåðõíîñòè Ìî(110) [49], è ôàêòû, îá-
íàðóæåííûå â [65], âðÿä ëè ìîãóò áûòü îòíåñåíû ê
ìîëåêóëÿðíîé ôàçå. Àâòîðû [65] ñ÷èòàþò îøèáî÷-
íûì çàêëþ÷åíèå ðàáîòû Äè Ôîããèî è Ãîìåðà [70] î
ïðîÿâëåíèè òóííåëüíîé äèôôóçèè àäàòîìîâ âîäî-
ðîäà íà W ïðè Ts < 140 Ê.
Íåêîòîðóþ èíôîðìàöèþ î ñòðóêòóðå àäñëîÿ âî-
äîðîäà ïðè Òs � 5 Ê ìîãóò ïðåäîñòàâèòü èññëåäîâà-
íèÿ ìåòîäîì ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-ýôôåêòà [71–79].
Ïîñêîëüêó íåäàâíî Ïàí÷åíêî è ñîòð. îïóáëèêîâàëè
îáçîð, ïîñâÿùåííûé ãàëüâàíîìàãíèòíûì ðàçìåð-
íûì ýôôåêòàì, â ÷èñëî êîòîðûõ âõîäèò è ñòàòè÷å-
ñêèé ñêèí-ýôôåêò [8], çäåñü íåò íåîáõîäèìîñòè ïîä-
ðîáíî îñòàíàâëèâàòüñÿ íà îïèñàíèè ýòîãî ìåòîäà.
Îäíàêî, ñòðåìÿñü ê îïðåäåëåííîé ñàìîäîñòàòî÷íî-
ñòè íàñòîÿùåé ñòàòüè, ìû íå îãðàíè÷èìñÿ òîëüêî
òåì, ÷òî îòîøëåì ÷èòàòåëÿ ê óïîìÿíóòîìó îáçîðó
[8], à êðàòêî èçëîæèì ñóòü ìåòîäà è ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå ðåçóëüòàòû èñêëþ÷èòåëüíî â àñïåêòå èõ
ñâÿçè ñî ñòðóêòóðîé àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ âîäîðîäà.
Åñëè ïëàñòèíó èç ÷èñòîãî ìîíîêðèñòàëëà ìåòàë-
ëà îõëàäèòü äî òåìïåðàòóðû � 5 Ê è ïîìåñòèòü â
äîñòàòî÷íî ñèëüíîå ìàãíèòíîå ïîëå, íàïðàâëåííîå,
íàïðèìåð, ïàðàëëåëüíî ïîâåðõíîñòè ïëàñòèíû, òî
ïðîâîäèìîñòü ïëàñòèíû áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ óçêèì
ïðèïîâåðõíîñòíûì ñëîåì (òîëùèíîé ïîðÿäêà ëàð-
ìîðîâîãî ðàäèóñà), òàê êàê áîëåå ãëóáîêèå ñëîè áó-
äóò «çàìàãíè÷åíû». Ýòî ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå
òîãî, ÷òî ýëåêòðîíû, ñòàëêèâàþùèåñÿ ñ ïîâåðõíî-
ñòüþ, ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ íà
ðàññòîÿíèÿ ïîðÿäêà äëèíû ñâîáîäíîãî ïðîáåãà, è èõ
âêëàä â ïðîâîäèìîñòü áóäåò òåì áîëüøå, ÷åì âûøå
ñòåïåíü çåðêàëüíîñòè èõ îòðàæåíèÿ [8].
Ñîãëàñíî èäåÿì, èçëîæåííûì â ñòàòüå Àíäðååâà
[74], îòðàæåíèå ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè ïîâåðõ-
íîñòüþ ìåòàëëà îïðåäåëÿåòñÿ äèôðàêöèîííûìè ýô-
ôåêòàìè íà âíåøíåì àòîìíîì ñëîå. Ïîýòîìó õàðàê-
òåð îòðàæåíèÿ ýëåêòðîíîâ çàâèñèò îò ñòðóêòóðû
ýòîãî âíåøíåãî ñëîÿ. Íà îòðàæåíèå ýëåêòðîíîâ
äîëæíà âëèÿòü òàêæå ñòðóêòóðà àäñîðáèðîâàííîãî
ñëîÿ. Ýòî ïîäòâåðäèëîñü â ýêñïåðèìåíòàõ Ïàí÷åíêî
è ñîàâò. [23,25,72,74,75]: àäñîðáöèÿ íåóïîðÿäî÷åí-
íîãî ìîíîñëîÿ (êèñëîðîäà) ïðèâåëà ê óâåëè÷åíèþ
ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ âîëüôðàìîâîé ïëàñòèíû ñ
ïîâåðõíîñòüþ (110) âäâîå.
Âëèÿíèå óïîðÿäî÷åííîãî ìîíîñëîÿ âîäîðîäà íà
ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèå ïëàñòèíû âîëüôðàìà ñ ïî-
âåðõíîñòüþ (110) èññëåäîâàíî â ðàáîòå [25] ñ ïîìî-
ùüþ ïðèáîðà, ñîâìåùàþùåãî ìåòîäèêó ñòàòè÷åñêî-
ãî ñêèí-ýôôåêòà ñ ìåòîäîì äèôðàêöèè ìåäëåííûõ
ýëåêòðîíîâ (ðèñ. 4). Ìåòîäîì LEED ïîëó÷åíà òà æå
ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñòðóêòóð ïðè èçìåíåíèè ïîêðû-
òèÿ, ÷òî è â ðàáîòàõ Ôåäîðóñà è ñîàâò.: ð(2�1),
(2�2) è (1�1) [63]. Â ïðîöåññå àäñîðáöèè ïðè 5 Ê
äèôðàêöèîííûå êàðòèíêè ðàçìûâàþòñÿ, è ðåôëåê-
ñû ñòàíîâÿòñÿ ÷åòêèìè ïîñëå êðàòêîãî îòæèãà äî
Ò � 200 Ê. Íà ðèñ. 21 [25] ïîêàçàíû âðåìåííûå çàâè-
ñèìîñòè ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû W(110)
ïðè àäñîðáöèè âîäîðîäà ïðè Òs � 5 Ê è ïîñëå îòæè-
ãà. Ïðè àäñîðáöèè íà îõëàæäåííóþ ïîäëîæêó ñî-
ïðîòèâëåíèå ñíà÷àëà ðàñòåò, ÷òî ñâÿçàíî ñ õàîòè÷-
íûì ðàñïîëîæåíèåì àäàòîìîâ, à çàòåì óìåíüøàåòñÿ,
äîñòèãàÿ íåêîòîðîãî ñòàöèîíàðíîãî óðîâíÿ. Óêàçàí-
íîå óìåíüøåíèå, ïî-âèäèìîìó, âûçâàíî ÷àñòè÷íûì
óïîðÿäî÷åíèåì àäñëîÿ, à ñòàöèîíàðíûé óðîâåíü
ñâèäåòåëüñòâóåò î äîñòèæåíèè íåêîòîðîé ïðåäåëü-
íîé ñòåïåíè ïîðÿäêà. Òàêèì îáðàçîì, è ïðè Òs � 5 Ê
èäåò ïðîöåññ óïîðÿäî÷åíèÿ. Ïîñëå îòæèãà çàâèñè-
ìîñòü â íà÷àëüíîé ÷àñòè ïî÷òè íå îòëè÷àåòñÿ îò ïðå-
äûäóùåé, à çàòåì ïîÿâëÿåòñÿ ãëóáîêèé ìèíèìóì,
ïðèõîäÿùèéñÿ íà ìàêñèìàëüíîå ðàçâèòèå ñòðóêòó-
ðû ð(2�1). Â äàëüíåéøåì ñîïðîòèâëåíèå ñíîâà âîç-
ðàñòàåò, ïàäàåò, ïðîõîäèò ÷åðåç âòîðîé ìàêñèìóì è
äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ, õàðàêòåðíîãî äëÿ ÷èñòîé ïîä-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 19
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
ëîæêè ïðè îáðàçîâàíèè ñòðóêòóðû (1�1). Òàêèì îá-
ðàçîì, ãëàâíóþ ðîëü èãðàåò ñèììåòðèÿ, à íå õèìè-
÷åñêàÿ ïðèðîäà ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ. Ïðîâåäåííûé
â [25] àíàëèç âîçìîæíûõ ýëåêòðîííûõ ïåðåõîäîâ
ìåæäó ðàçëè÷íûìè ó÷àñòêàìè ïîâåðõíîñòè Ôåðìè
îáúÿñíÿåò ðåçêîå óìåíüøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïðè
îáðàçîâàíèè ñòðóêòóðû ð(2�1) è åãî ðîñò ïðè îáðà-
çîâàíèè (2�2) çà ñ÷åò âêëþ÷åíèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷-
íûõ ïåðåáðîñîâ.
Ïîñêîëüêó ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèå ïëàñòèíû ÷óâ-
ñòâèòåëüíî ê ñòåïåíè ïîðÿäêà â àäñîðáèðîâàííîì
ñëîå, Ïàí÷åíêî è ñîòð., èññëåäîâàâ çàâèñèìîñòü ñî-
ïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû ñ àäñîðáèðîâàííûì ïðè 5 Ê
íàñûùåííûì àäñëîåì âîäîðîäà (äåéòåðèÿ) îò âðå-
ìåíè îòæèãà â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 160–190 Ê,
îöåíèëè ýíåðãèþ àêòèâàöèè è êîýôôèöèåíò äèôôó-
çèè àòîìàðíûõ âîäîðîäà è äåéòåðèÿ [77]. Àâòîðû
óáåäèëèñü â òîì, ÷òî ïîâåðõíîñòíàÿ äèôôóçèÿ àòî-
ìàðíîãî âîäîðîäà íà ãðàíè W(110) íîñèò òåðìîàê-
òèâèðîâàííûé õàðàêòåð, â ïðîòèâîïîëîæíîñòü âû-
âîäàì ðàáîòû Äè Ôîããèî è Ãîìåðà î êâàíòîâîé
ïðèðîäå äèôôóçèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà [70]. Ýíåð-
ãèÿ àêòèâàöèè îöåíåíà êàê 0,33 ýÂ äëÿ âîäîðîäà è
0,35 ýÂ äëÿ äåéòåðèÿ.
Èññëåäîâàíèÿ ìåòîäîì ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-ýôôåê-
òà ïîçâîëèëè Ïàí÷åíêî è ñîàâò. [8,78] íàáëþäàòü
êèíåòèêó ïåðåõîäà â ïåðâûé (àòîìàðíûé) ñëîé ìî-
ëåêóë âîäîðîäà (äåéòåðèÿ), àäñîðáèðîâàííûõ âî
âòîðîì ñëîå â âèäå âíåøíåãî ïðåäñîñòîÿíèÿ äëÿ
äèññîöèàòèâíîé õåìîñîðáöèè. Áûëî îáíàðóæåíî,
÷òî ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ äîñòóïà ãàçà ê ïîâåðõíîñòè
íà ñïàäàþùåé âåòâè êðèâîé çàâèñèìîñòè ìàãíèòîñî-
ïðîòèâëåíèÿ îò âðåìåíè ïðîäîëæàåòñÿ ìåäëåííîå
åãî óìåíüøåíèå. Äëÿ ñèñòåìû D2/W(110) ýòî ïîêà-
çàíî íà ðèñ. 22 [8]. Ïðè÷èíîé óìåíüøåíèÿ ñîïðî-
òèâëåíèÿ àâòîðû [8,78] âïîëíå îáîñíîâàííî ñ÷èòà-
þò óâåëè÷åíèå ïëîùàäè îñòðîâêîâ àòîìàðíîé ôàçû
(1�1) çà ñ÷åò äèôôóçèè ìîëåêóë ê êðàþ îñòðîâêà è
ïåðåõîäà èõ â ïåðâûé ñëîé, ñîïðîâîæäàþùåãîñÿ
äèññîöèàöèåé. Ïîäîáíàÿ ðåëàêñàöèÿ ìàãíèòîñîïðî-
òèâëåíèÿ íàáëþäàëàñü è äëÿ ñèñòåì Í2/Mo(110),
Í2/W(110) è D2/W(110). Èçìåðåíèå òåìïåðàòóð-
íûõ çàâèñèìîñòåé ñêîðîñòè óìåíüøåíèÿ ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ïîçâîëèëî àâòîðàì [8,78] îöåíèòü ýíåðãèè àêòè-
âàöèè ïîâåðõíîñòíîé äèôôóçèè ìîëåêóë ïî àòîìàðíî-
ìó õåìîñîðáèðîâàííîìó ñëîþ: Em = (6,4 0,7) ìýÂ
äëÿ D2/W(110), (2,7 0,5) ìýÂ äëÿ Í2/W(110),
(1,1 0,2) ìýÂ äëÿ D2/Ìî(110) è (0,8 0,2) ìýÂ
äëÿ Í2/Ìî(110). Çíà÷èòåëüíûé èçîòîïíûé ýôôåêò
â ïîâåðõíîñòíîé äèôôóçèè àâòîðû [8] îáúÿñíÿþò
ðàçëè÷èåì ïîëîæåíèÿ óðîâíåé íóëåâûõ êîëåáàíèé
ìîëåêóë Í2 è D2, ïîäîáíî îáúÿñíåíèÿì èçîòîïíûõ
ýôôåêòîâ â [44,49,55,57]. Ìîæíî äóìàòü, ÷òî î÷åíü
20 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
2
1
0 10 20 30
(1 1)�
(2 2)�
(2 1)�
H/W (110)
!·
1
0
,
Î
ì
·ñ
ì
6
t, ìèí
Ðèñ. 21. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû
W(110) îò âðåìåíè ýêñïîçèöèè â âîäîðîäå [8,25]. � —
àäñîðáöèÿ ïðè Ts = 4,2 Ê; � — îòæèã äî 200 Ê; âåðòè-
êàëüíûå ëèíèè îãðàíè÷èâàþò îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ
ñòðóêòóð.
0
–0,2
–0,4
–0,6
–0,8
–1,0
–1,2
"
!
,
Î
ì
·ñ
ì
1
0
–
6
600 1200 1800 2400
t, c
4,60 K
4,65
4,70
4,85
5,00
5,30
Ðèñ. 22. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû
W(110) ñ ôèêñèðîâàííîé êîíöåíòðàöèåé Í2 îò âðåìåíè
îòæèãà ïðè ðàçíûõ Ts [8,78].
ìàëàÿ âåëè÷èíà Em äëÿ Í2/Ìî(110) ïî ñðàâíåíèþ
ñ Em äëÿ D2/Ìî(110) è H2/W(110) ïðîÿâèëàñü â
íàëè÷èè ðåçêîé îñîáåííîñòè íà çàâèñèìîñòè S(�)
äëÿ ïåðâîé ñèñòåìû [49,57].
Ïðîâåäåííûå Ïàí÷åíêî è ñîàâò. èññëåäîâàíèÿ
àäñîðáöèè äåéòåðèÿ íà ïîâåðõíîñòè W(100) ìåòî-
äîì ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-ýôôåêòà [79] îáíàðóæèëè
íåêîòîðûå îòëè÷èÿ îò ñèñòåìû D2/W(110). Îêàçà-
ëîñü, ÷òî íå íàáëþäàåòñÿ ðåëàêñàöèè ìàãíèòîñîïðî-
òèâëåíèÿ ïîñëå ïåðåêðûòèÿ ïîòîêà D2 ïðè 4,2 Ê.
Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî àâòîðû îáúÿñíÿþò îòñóòñòâèåì
íà ýòîé ïîâåðõíîñòè ïðè 4,2 Ê îñòðîâêîâ óïîðÿäî-
÷åííîé àòîìàðíîé ôàçû ñ(2�2). Ïî íàøåìó ìíåíèþ,
ïðè÷èíîé òàêæå ìîæåò ñëóæèòü çàòðóäíåííàÿ ïî-
âåðõíîñòíàÿ äèôôóçèÿ ìîëåêóë D2 ïî àòîìàðíîìó
ñëîþ äåéòåðèÿ íà W(100) ïî ñðàâíåíèþ ñ W(110).
Êðîìå òîãî, îöåíåííàÿ â [79] ýíåðãèÿ àêòèâàöèè
ïðîöåññà óïîðÿäî÷åíèÿ àòîìàðíîé ôàçû îêàçàëàñü
ñóùåñòâåííî áîëüøå ïî ñðàâíåíèþ ñ W(110): ñîîò-
âåòñòâåííî � 0,6 è � 0,3 ýÂ [77].
3.2. Àäñîðáöèÿ âîäîðîäà íà áëàãîðîäíûõ
ìåòàëëàõ
3.2.1. Ñîñòîÿíèå àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö
Êàê îòìå÷àëîñü â ðàçä. 1.2., ïðè âçàèìîäåéñòâèè
íàëåòàþùåé ìîëåêóëû âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ
ìåäè èëè äðóãîãî áëàãîðîäíîãî ìåòàëëà èç-çà íàëè-
÷èÿ ïàóëèåâñêîãî îòòàëêèâàíèÿ íà ïóòè ìîëåêóëû ê
äèññîöèàöèè âîçíèêàåò çíà÷èòåëüíûé àêòèâàöèîí-
íûé áàðüåð, ïðåîäîëåíèå êîòîðîãî âîçìîæíî òîëüêî
ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïà-
äàþùèõ ìîëåêóë. Ýòîò ôàêò ïîäòâåðæäåí ìíîãèìè
ýêñïåðèìåíòàìè ñ ìîíîýíåðãåòè÷åñêèìè ìîëåêóëÿð-
íûìè ïó÷êàìè (ñì., íàïðèìåð, [80–83]). Ìîëåêó-
ëàì Í2 íóæíî ñîîáùèòü êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ
> 200 ìýÂ, ÷òîáû àäñîðáöèÿ ñòàëà çàìåòíîé [82].
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïó÷êîâ ñ îáû÷íûìè òåïëîâûìè
ýíåðãèÿìè è ïðè îáû÷íûõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè
çàìåòíàÿ àäñîðáöèÿ âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè ìåäè
îòñóòñòâóåò.
Ñèòóàöèÿ êîðåííûì îáðàçîì èçìåíÿåòñÿ ïðè ãëó-
áîêîì îõëàæäåíèè îáðàçöà. Ïðè ýòîì ñòàíîâèòñÿ
ñòàáèëüíûì ñîñòîÿíèå ôèçàäñîðáöèè, è âîäîðîä íà-
êàïëèâàåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè. Âïåðâûå íàäåæíî çà-
ôèêñèðîâàëè ôèçàäñîðáöèþ âîäîðîäà (äåéòåðèÿ)
íà ïîâåðõíîñòè áëàãîðîäíûõ ìåòàëëîâ ñåðåáðà è
ìåäè ïðè èõ îõëàæäåíèè æèäêèì ãåëèåì Àâîóðèñ è
ñîàâò. [27] è Àíäåðññîí è Õàððèñ [28]. Ïðèìåíèâ
ìåòîä HREELS, àâòîðû [27,28] îáíàðóæèëè î÷åíü
ñëàáîå îòëè÷èå ñïåêòðîâ õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü
ýíåðãèè íà âðàùàòåëüíûå è âðàùàòåëüíî-êîëåáà-
òåëüíûå âîçáóæäåíèÿ â ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëå-
êóëàõ ïî ñðàâíåíèþ ñ òàêîâûìè â ãàçîâîé ôàçå. Ýòî
ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ñîñòîÿíèå ôèçàäñîðáöèè
áëèçêî ê ñîñòîÿíèþ ñâîáîäíîé ìîëåêóëû è ôè-
çàäñîðáèðîâàííàÿ ìîëåêóëà âåäåò ñåáÿ êàê ïî÷òè
íåçàòîðìîæåííûé ðîòàòîð. Ïîäîáíîå ïîâåäåíèå ìî-
ëåêóë Í2, ôèçàäñîðáèðîâàííûõ íà ñåðåáðå, íàáëþ-
äàëîñü òàêæå â ðàáîòå [84].
 [27,28] ïîëó÷åíû íåñêîëüêî ïðîòèâîðå÷èâûå
äàííûå îòíîñèòåëüíî êîíâåðñèè î-Í2 â ð-Í2 âñëåä-
ñòâèå àäñîðáöèè. Òàê, â ðàáîòå [27] ñîîáùàåòñÿ
î êîíâåðñèè î-Í2 â ð-Í2 â ôèçàäñîðáèðîâàííîì ñî-
ñòîÿíèè. Â ðàáîòå [28], íàïðîòèâ, íå îáíàðóæè-
ëè çàìåòíîé î–ð-êîíâåðñèè â ôèçàäñîðáèðîâàííîì
ñëîå çà âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà. Ïðàâäà, â áîëåå ïîçä-
íåé ðàáîòå [85] Ñâåíññîí è Àíäåðññîí íàáëþäàëè
î–ð-êîíâåðñèþ â ôèçàäñîðáèðîâàííîì ñëîå íà òîé
æå Cu(100) ñî ñêîðîñòüþ ïðèìåðíî 1 ìîíîñëîé çà
4 ìèí. Àâòîðû íå ïðåäëàãàþò ÷åòêîãî îáúÿñíåíèÿ
ïðè÷èí ðàçëè÷èÿ ðåçóëüòàòîâ [28] è [85], äîïóñêàÿ,
÷òî îáðàçöû Cu(100) â [28] è [85] ìîãëè êàê-òî îò-
ëè÷àòüñÿ ñòðóêòóðîé èëè íàëè÷èåì ïðèìåñåé. Ïî-
ïûòêà îáúÿñíåíèÿ ðàçëè÷èÿ ñêîðîñòè î–ð-êîíâåð-
ñèè íà ðàçíûõ ïîâåðõíîñòÿõ c ïðèâëå÷åíèåì ìåõà-
íèçìà âèðòóàëüíîãî îáìåíà ýëåêòðîíîì ìåæäó ìå-
òàëëîì è àíòèñâÿçûâàþùåé îðáèòàëüþ ìîëåêóëû
ñîäåðæèòñÿ â ðàáîòå Èëèñêà [86].
Àâòîðû ðàáîòû [28] îáíàðóæèëè, ÷òî îòíîñèòåëü-
íûå çàñåëåííîñòè î- è ð-ñîñòîÿíèé âîäîðîäà â ôèç-
àäñîðáèðîâàííîì ñëîå ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ îò
òàêîâûõ â ãàçîâîé ôàçå: åñëè â ãàçîâîé ôàçå ïðè
300 Ê îòíîøåíèå çàñåëåííîñòåé î-Í2:ð-Í2 ðàâíî 3,
òî â ôèçàäñîðáèðîâàííîì ñëîå ýòî îòíîøåíèå îêàçà-
ëîñü ðàâíûì 1,4. Ïî ìíåíèþ àâòîðîâ [28], ýòî ñâè-
äåòåëüñòâóåò î ïðåèìóùåñòâåííîé àäñîðáöèè ð-Í2 ñ
j = 0 ïî ñðàâíåíèþ ñ î-Í2 ñ j = 1.
 ðàáîòå Àíäåðññîíà è Õàððèñà [87] áîëåå
äåòàëüíî èññëåäîâàíî âëèÿíèå âðàùàòåëüíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ âîäîðîäíîãî ãàçà (n-H2, p-H2, D2, HD) íà
âåðîÿòíîñòü ïðèëèïàíèÿ íà îõëàæäåííîé äî 10 Ê
ïîâåðõíîñòè Ñu(100).  êà÷åñòâå ìåðû àäñîðáöèè
èñïîëüçîâàëè èíòåíñèâíîñòè ñîîòâåòñòâóþùèõ ïè-
êîâ â ñïåêòðå õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü ýíåðãèè
ýëåêòðîíîâ, à òàêæå èçìåíåíèå ðàáîòû âûõîäà. Àâ-
òîðû [87] íàøëè, ÷òî îòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ
ïðèëèïàíèÿ ð-Í2 è n-H2 ñîñòàâëÿåò 1,4, ò.å. ìîëåêó-
ëû ñ j = 0 àäñîðáèðóþòñÿ ñ áîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ,
÷åì ìîëåêóëû ñ j = 1. Àâòîðû [87] ïðèøëè òàêæå ê
çàêëþ÷åíèþ, ÷òî áîëüøàÿ ÷àñòü êèíåòè÷åñêîé ýíåð-
ãèè ìîëåêóëû ïðè óäàðå î ïîâåðõíîñòü êîíâåðòèðó-
åòñÿ âî âðàùàòåëüíóþ ýíåðãèþ.
Ñâåäåíèÿ î òîì, ÷òî âðàùàòåëüíîå ñîñòîÿíèå ïà-
äàþùèõ ìîëåêóë âîäîðîäà âëèÿåò íà âåðîÿòíîñòü
ïðèëèïàíèÿ èìåþòñÿ è â ðÿäå äðóãèõ ðàáîò (ñì., íà-
ïðèìåð, [52–54,88]), ïðàâäà, äëÿ áîëåå âûñîêèõ Ts
è äðóãèõ ïîäëîæåê (Pd, Pt, Rh). Êñòàòè, àâòîðû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 21
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
ýòèõ ðàáîò ñ÷èòàþò, ÷òî âëèÿíèå âðàùàòåëüíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ íà êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ äîêàçûâàåò
îñóùåñòâëåíèå ìåõàíèçìà äèíàìè÷åñêîãî ñòèðèíãà
[50,51] è íåñóùåñòâåííóþ ðîëü àäñîðáöèè ÷åðåç
ïðåäñîñòîÿíèå.
Òàêèì îáðàçîì, íà ïîâåðõíîñòè áëàãîðîäíûõ ìå-
òàëëîâ ïðè ãëóáîêîì îõëàæäåíèè îáðàçóåòñÿ ôèçàä-
ñîðáèðîâàííàÿ ïëåíêà âîäîðîäà (äåéòåðèÿ), êîí-
òàêòèðóþùàÿ íåïîñðåäñòâåííî ñ ïîâåðõíîñòíûìè
àòîìàìè ìåòàëëà. Íà ïîâåðõíîñòè æå ïåðåõîäíûõ
ìåòàëëîâ ïðè ãåëèåâûõ òåìïåðàòóðàõ âíà÷àëå îáðà-
çóåòñÿ ìîíîñëîé õåìîñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ, à ïî-
âåðõ ýòîãî ìîíîñëîÿ îáðàçóåòñÿ ôèçàäñîðáèðîâàí-
íûé ñëîé ìîëåêóë (ðàçä. 3.1).
3.2.2. Êèíåòèêà àäñîðáöèè
3.2.2.1. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ îò còåïåíè ïîêðûòèÿ. Ïîñêîëüêó ïðè àäñîðá-
öèè âîäîðîäà íà ìåäè íå ïðîèñõîäèò äèññîöèàöèè
ìîëåêóë, ïàäàþùèõ ñ óìåðåííûìè òåïëîâûìè ñêî-
ðîñòÿìè, òî íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ
(ïðè íóëåâîì ïîêðûòèè) îêàçûâàåòñÿ î÷åíü ìàëûì.
Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿåòñÿ îãðîìíîå ðàçëè÷èå ìàññ
ñîóäàðÿþùèõñÿ ïàðòíåðîâ è, êàê ñëåäñòâèå, ìàëûé
êîýôôèöèåíò àêêîìîäàöèè. Îäíàêî ïî ìåðå íà-
êîïëåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìî-
ëåêóë âñå áîëåå âåðîÿòíûì còàíîâèòñÿ ñîóäàðåíèå
ïàäàþùåé ìîëåêóëû ñ ðàíåå àäñîðáèðîâàííîé ìîëå-
êóëîé, ìàññû êîòîðûõ ðàâíû [30,60]. Íà ðèñ. 23
[30] ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ äåéòåðèÿ íà ïîâåðõíîñòè Cu(100) ïðè Ts � 10 Ê
îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ. Ïîëó÷åííóþ ýêñïåðèìåíòàëü-
íóþ çàâèñèìîñòü àâòîðû [30] ïðåäñòàâëÿþò â âèäå
S S S� �0 11( )� �, (3.3)
ãäå S0 è S1 — ñîîòâåòñòâåííî âåðîÿòíîñòè ïðèëèïà-
íèÿ ìîëåêóëû ïðè ñòîëêíîâåíèè ñ ÷èñòîé ïîâåðõ-
íîñòüþ è ñ ðàíåå àäñîðáèðîâàííîé ìîëåêóëîé. Äëÿ
êîíêðåòíîé ñèñòåìû D2/Cu (100) S1 ïðèáëèçè-
òåëüíî â 8 ðàç áîëüøå S0.  ñëó÷àå ìåäè ýòîò ñâîå-
îáðàçíûé ýôôåêò àìîðòèçàöèè íàáëþäàåòñÿ ñ íóëå-
âûõ ïîêðûòèé, òîãäà êàê â ñëó÷àå ïåðåõîäíûõ
ìåòàëëîâ âîëüôðàìà è ìîëèáäåíà óêàçàííûé ýô-
ôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ â îáëàñòè çàâåðøåíèÿ ôîðìèðîâà-
íèÿ àòîìàðíîé õåìîñîðáöèîííîé ôàçû (ïï. 3.1.2.1.
è 3.1.2.3.).
3.2.2.2. Çàâèñèìîñòü íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà
ïðèëèïàíèÿ îò ýíåðãèè è óãëà ïàäåíèÿ ìîëåêóë.
Âàæíûå è èíòåðåñíûå îñîáåííîñòè ïðèëèïàíèÿ ìî-
ëåêóë âîäîðîäà ê ïîâåðõíîñòè ìåäè âûÿâèëèñü ïðè
èññëåäîâàíèè âëèÿíèÿ ýíåðãèè Ei è óãëà ïàäåíèÿ
ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà íà íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò
ïðèëèïàíèÿ. Îñíîâíîé âêëàä â èññëåäîâàíèå ýòîãî
âîïðîñà ñäåëàí ãðóïïîé èññëåäîâàòåëåé èç ×àëìåð-
ñêîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà â Ãåòåáîðãå. Ñî÷å-
òàíèå ïðåöèçèîííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ñ ìîíîýíåðãåòè-
÷åñêèìè ìîëåêóëÿðíûìè ïó÷êàìè Í2 è D2 è òåî-
ðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ïîçâîëèëî àâòîðàì [30,89]
ñîçäàòü âåñüìà ïîëíóþ è ñëîæíóþ êàðòèíó âçàèìî-
äåéñòâèÿ ìîëåêóë âîäîðîäà è äåéòåðèÿ ñ ïîâåðõíî-
ñòüþ ìîíîêðèñòàëëà ìåòàëëà.
Àâòîðû [30,89] ïîêàçàëè ïóòåì ñðàâíåíèÿ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ñ ðåçóëüòàòàìè òåîðåòè-
÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ, ÷òî ïðîöåññ ïðèëèïàíèÿ ìîëåêóëû
â ôèçàäñîðáöèîííîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå íå ìîæåò
áûòü èíòåðïðåòèðîâàí íà îñíîâå ÷èñòî êëàññè÷åñêîé
ìîäåëè, ïðåäñêàçûâàþùåé, ÷òî êîýôôèöèåíò ïðè-
ëèïàíèÿ ëåãêîé èíåðòíîé ÷àñòèöû (â ñëó÷àå âîäîðî-
äà — áåç äèññîöèàöèè) â ïðåäåëå íóëåâîé ýíåðãèè
äîëæåí ðàâíÿòüñÿ åäèíèöå è óìåíüøàòüñÿ äî íóëÿ
ïðè ýíåðãèè ïàäàþùèõ ÷àñòèö â íåñêîëüêî ìèëëè-
ýëåêòðîíâîëüò. Ýêñïåðèìåíò æå ïîêàçûâàåò, ÷òî êî-
ýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ âîäîðîäà (äåéòåðèÿ) íà ïî-
âåðõíîñòè Cu(100) èçìåíÿåòñÿ îò � 0,2 äî î÷åíü
ìàëîé âåëè÷èíû â äèàïàçîíå ýíåðãèé 0–30 ìýÂ, ÷òî
ïðèìåðíî ðàâíî øèðèíå ôîíîííûõ çîí. Ñ òàêèì ïî-
âåäåíèåì êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ ñîãëàñóþòñÿ
êâàíòîâîìåõàíè÷åñêèå ðàñ÷åòû â ìîäåëè âûíóæäåí-
íîãî îñöèëëÿòîðà (FOM) èëè â ìîäåëè, îñíîâàííîé
íà áîðíîâñêîì ïðèáëèæåíèè èñêàæåííûõ âîëí
(DWBA). Ïðè ìàëûõ ýíåðãèÿõ ìîëåêóë ïðîèñõî-
äèò îäíîôîíîííûé ïðîöåññ, ïðè áîëüøèõ – ìíîãî-
ôîíîííûé. Òàêèì îáðàçîì, ýòè ðåçóëüòàòû ñâèäå-
òåëüñòâóþò î ñóùåñòâåííîé ðîëè êâàíòîâîãî
ìåõàíèçìà ïðèëèïàíèÿ ëåãêèõ èíåðòíûõ ÷àñòèö.
22 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
D /Cu(100)
E = 20 ìýÂi
�i = 0°
0,5
0
S
0,5 1,0
�
2
Ðèñ. 23. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ D2 íà
ïîâåðõíîñòè Cu(100) ïðè Ts � 10 Ê îò ñòåïåíè ïîêðû-
òèÿ [30]. Ei — ýíåðãèÿ ïàäàþùèõ ìîëåêóë; �i — óãîë
ïàäåíèÿ.
Ñîãëàñíî [30,89], ïðèëèïàíèå ìîëåêóëû ïðîèñ-
õîäèò ñ ó÷àñòèåì íîðìàëüíîãî è ðåçîíàíñíîãî ïðî-
öåññîâ. Íîðìàëüíûé ïðîöåññ âêëþ÷àåò çàõâàò ÷àñ-
òèöû ñ ïåðâîãî óäàðà èç-çà íåóïðóãîãî ðàññåÿíèÿ îò
ôîíîííîé ñèñòåìû, ÷òî äàåò âêëàä â òàê íàçûâàåìîå
ôîíîâîå ïðèëèïàíèå. Âåðîÿòíîñòü òàêîãî ïðèëè-
ïàíèÿ ïëàâíî óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì Ei â ïðåäåëàõ
øèðèíû ôîíîííûõ çîí. Íà ðèñ. 24 [30] ïîêàçàíà
ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü S0(Ei) äëÿ óãëà ïà-
äåíèÿ 42# ïî îòíîøåíèþ ê íîðìàëè. Ïðè ýíåðãèè
ìîëåêóë � 20 ìýÂ íà çàâèñèìîñòè S0(Ei) íàáëþäàåò-
ñÿ ÷åòêèé ïèê è ìåíåå çàìåòíûé ïèê ïðè Åi � 25 ìýÂ.
Ñîãëàñíî èíòåðïðåòàöèè àâòîðîâ [30,89], ãëàâíîé ïðè-
÷èíîé ïîÿâëåíèÿ ïèêîâ ÿâëÿåòñÿ çàõâàò ìîëåêóëû â
êâàçèñâÿçàííîå ñîñòîÿíèå íà ïîâåðõíîñòè ïðè ðåçî-
íàíñíîì âîçáóæäåíèè âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé ìîëå-
êóëû. Âåðîÿòíî, ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò òðàíñôîðìàöèÿ
êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîëåêóëû âî âðàùàòåëüíóþ,
÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ óìåíüøåíèåì ñêîðîñòè ïîñòóïà-
òåëüíîãî äâèæåíèÿ è ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ âåðî-
ÿòíîñòè ïðèëèïàíèÿ. Õîòÿ ñàìî ïî ñåáå âîçáóæäåíèå
âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé ìîæåò îòðèöàòåëüíî ñêà-
çàòüñÿ íà âåðîÿòíîñòè ïðèëèïàíèÿ [28,52–54], óìåíü-
øåíèå ñêîðîñòè ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ îêàçûâàåò
áîëüøèé ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò.
Ìîëåêóëà â êâàçèñâÿçàííîì ñîñòîÿíèè (ñ ïîëî-
æèòåëüíîé ïîëíîé ýíåðãèåé) äîâîëüíî ñâîáîäíî
äâèæåòñÿ âäîëü ïîâåðõíîñòè è ìîæåò ëèáî ïðèëèï-
íóòü îêîí÷àòåëüíî âñëåäñòâèå âîçáóæäåíèÿ ôîíîíà,
ëèáî áûòü âûáðîøåííîé îáðàòíî â âàêóóì çà ñ÷åò
äèôðàêöèè íà ðåøåòêå ïîâåðõíîñòíûõ àòîìîâ ïîä-
ëîæêè [30,89]. Âîîáùå äèôðàêöèîííûå ýôôåêòû,
ñîãëàñíî [30,89], èãðàþò âåñüìà âàæíóþ ðîëü â ìå-
õàíèçìå ïðèëèïàíèÿ â ôèçàäñîðáöèîííîé ïîòåíöè-
àëüíîé ÿìå. ×òî êàñàåòñÿ äàëüíåéøåé ñóäüáû ôèç-
àäñîðáèðîâàííîé ìîëåêóëû, òî îíà ìîæåò áûòü
òàêæå âûáðîøåíà â âàêóóì çà ñ÷åò ïðîöåññà òåðìî-
äåñîðáöèè, åñëè òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè äîñòàòî÷íî
âûñîêà, ÷òîáû îáåñïå÷èòü çàìåòíóþ ñêîðîñòü äå-
ñîðáöèè. Êàê ïîêàçàíî â ðàçä. 3.1, òåðìîäåñîðáöèÿ
îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà êîýôôèöè-
åíò ïðèëèïàíèÿ âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè W ïðè
Ts � 5 Ê.
Àâòîðû ðàáîò [30,89] íàðÿäó ñ ïðèëèïàíèåì èçó-
÷àëè òàêæå ðàññåÿíèå ìîëåêóë ïîâåðõíîñòüþ è îá-
íàðóæèëè ÷åòêóþ êîððåëÿöèþ ýòèõ ïðîöåññîâ.
3.2.3. Âëèÿíèå ñòðóêòóðû ïîâåðõíîñòè íà
àäñîðáöèþ
Èññëåäîâàòåëÿìè ×àëìåðñêîé ãðóïïû óäåëåíî
òàêæå çíà÷èòåëüíîå âíèìàíèå âëèÿíèþ ñòðóêòóðû
ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà íà ïàðàìåòðû ôèçàäñîðáöèè
âîäîðîäà. Ýêñïåðèìåíòû è òåîðåòè÷åñêèå ðàñ÷åòû
âûïîëíåíû äëÿ íèçêîèíäåêñíûõ ãðàíåé ìåäè
[89–92] è àëþìèíèÿ [92]. Íà ðèñ. 25 [89] ïðèâåäå-
íû çàâèñèìîñòè S0 îò Ei äëÿ íîðìàëüíîãî ïàäåíèÿ
ïó÷êà. Âèäíî, ÷òî â äèàïàçîíå ýíåðãèé 5–45 ìý íà-
÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ (â äàííîì ñëó-
÷àå äåéòåðèÿ) ñóùåñòâåííî áîëüøèé íà ðûõëîé ãðà-
íè (110), ÷åì íà áîëåå ïëîòíîóïàêîâàííûõ (111)
è (100). Òåîðèÿ DWBA äëÿ îäíîôîíîííîãî ìåõà-
íèçìà ïåðåäà÷è ýíåðãèè îò ìîëåêóëû ê ïîäëîæêå
îáúÿñíÿåò îáíàðóæåííóþ òåíäåíöèþ. Ñðàâíåíèå ðå-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 23
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
0 20 40 60
0,1
S0
E , ìýÂi
�i = 42#
Ðèñ. 24. Çàâèñèìîñòè íà÷àëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïðè-
ëèïàíèÿ H2 íà Cu(100) ïðè Ts �10 Ê îò ýíåðãèè ìîëå-
êóë [30].
0,4
0,3
0,2
0,1
0 10 20 30 40 50
S0
E , ìýÂi
Ðèñ. 25. Íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ D2 íà
Cu(111) (�), Cu(100) (�) è Cu(110) (�) ïðè Ts � 10 Ê
â çàâèñèìîñòè îò ýíåðãèè ìîëåêóë ïðè íîðìàëüíîì ïàäå-
íèè [89].
çóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòà ñ òåîðèåé ïîçâîëÿåò çàêëþ-
÷èòü [89,90], ÷òî ïðè÷èíîé íàáëþäàåìûõ ðàçëè÷èé
âåðîÿòíîñòè ïðèëèïàíèÿ íà ðûõëîé è ïëîòíîóïàêî-
âàííîé ãðàíÿõ ÿâëÿþòñÿ ñòðóêòóðíî-ñïåöèôè÷åñêèå
ðàçëè÷èÿ âî âçàèìîäåéñòâèè ìîëåêóëà–ôîíîí. Äëÿ
ðûõëîé ïîâåðõíîñòè ñ áîëüøåé ïîâåðõíîñòíîé ýëå-
ìåíòàðíîé ÿ÷åéêîé (è, ñîîòâåòñòâåííî, ìåíüøèì
âåêòîðîì îáðàòíîé ðåøåòêè) ïåðåíîñ ýíåðãèè áîëåå
ýôôåêòèâåí, ÷òî è îáåñïå÷èâàåò áîëåå èíòåíñèâíîå
ïðèëèïàíèå.
 ðàáîòàõ [91,92] ýòèõ æå àâòîðîâ èçó÷àëîñü
âëèÿíèå êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèè (ñòðóê-
òóðû) ïîâåðõíîñòè íà ýíåðãèþ ñâÿçè ôèçàäñîðáèðî-
âàííûõ ìîëåêóë Í2 è D2. Â ðàáîòå [91] ïîêàçàíî,
÷òî äëÿ àäñîðáöèè íà ìåäè ãëóáèíà ôèçàäñîðáöèîí-
íîé ÿìû óìåíüøàåòñÿ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ãðàíåé
(110)
(100)
(111), ÷òî, ïî ñëîâàì àâòîðîâ, ïðî-
òèâîðå÷èò îáû÷íûì ïðåäñòàâëåíèÿì ñóùåñòâóþùåé
òåîðèè. Ýòî ïðîòèâîðå÷èå óñòðàíÿåòñÿ, åñëè ó÷åñòü
çàâèñÿùèå îò ãðàíè ïðîôèëè ýëåêòðîííîé ïëîòíî-
ñòè è èõ äèíàìè÷åñêèé îòêëèê, êîòîðûé äëÿ îòêðû-
òîé ãðàíè (110) îáåñïå÷èâàåò áîëüøèé âêëàä âàí-
äåðâààëüñîâîãî ïðèòÿæåíèÿ â ôèçàäñîðáöèîííûé
ïîòåíöèàë, ÷åì âêëàä ïàóëèåâñêîãî îòòàëêèâàíèÿ.
 ðàáîòå [92] íàðÿäó ñ ìåäüþ â êà÷åñòâå ïîäëîæêè
èññëåäîâàëñÿ àëþìèíèé, òàêæå îáëàäàþùèé ãðàíå-
öåíòðèðîâàííîé ðåøåòêîé.  ñëó÷àå àëþìèíèÿ ýô-
ôåêò ïîâåðõíîñòíîé ñòðóêòóðû îêàçàëñÿ íàèáîëåå
âûðàæåííûì ïî îòíîøåíèþ ê ýíåðãèè ñâÿçè. Îêà-
çàëîñü, ÷òî äëÿ ãðàíåé Al(111) è Al(110) ãëóáèíû
ôèçàäñîðáöèîííîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìû áëèçêè è íà
40% ïðåâûøàþò ãëóáèíó ÿìû äëÿ ãðàíè Al(100).
Äëÿ áîëåå ñòðîãîé èíòåðïðåòàöèè íàáëþäåííûõ ýô-
ôåêòîâ àâòîðû [92] ñ÷èòàþò íåîáõîäèìûì ïîñòðîå-
íèå òåîðèè áîëåå ôóíäàìåíòàëüíîãî óðîâíÿ.
3.2.4. Ñïåêòðû âîçáóæäåíèÿ âðàùàòåëüíûõ
ñîñòîÿíèé ôèçàäñîðáèðîâàííîãî âîäîðîäà
 ðàáîòàõ ×àëìåðñêîé ãðóïïû çíà÷èòåëüíîå âíè-
ìàíèå óäåëåíî ñïåêòðàì âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé
ôèçàäñîðáèðîâàííîãî âîäîðîäà, ïîëó÷åííûì ìåòî-
äîì HREELS [85]. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî èíòåíñèâ-
íîñòè ïèêîâ õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü íà âðà-
ùàòåëüíîå âîçáóæäåíèå ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ïðè
Ts � 10 Ê íà Cu(100) ìîëåêóë î-Í2 (j = 1
3) è ð-Í2
(j = 0
2) íàõîäÿòñÿ â îáðàòíîì îòíîøåíèè ïî ñðàâ-
íåíèþ ñ îòíîøåíèåì êîíöåíòðàöèé ýòèõ ìîëåêóë â
ãàçîâîé ôàçå. Ýòîò ýôôåêò îáúÿñíÿåòñÿ óñêîðåííîé
ïî ñðàâíåíèþ ñ ãàçîâîé ôàçîé îðòî-ïàðà êîíâåðñèåé
Í2 â àäñîðáèðîâàííîì ñîñòîÿíèè.
Î÷åíü èíòåðåñíûå îñîáåííîñòè àäñîðáöèîííûõ
ñâîéñòâ ìîëåêóëû Í2 áûëè âûÿâëåíû èññëåäîâàòå-
ëÿìè ×àëìåðñêîé ãðóïïû ïðè èçó÷åíèè âðàùàòåëü-
íûõ ñîñòîÿíèé ìîëåêóë, àäñîðáèðîâàííûõ íà ñòó-
ïåí÷àòîé ãðàíè Cu(510) [93,94]. Ñî÷åòàÿ èçìåðåíèÿ
ìåòîäîì HREELS è ðàñ÷åòû ïîëíîé ýíåðãèè ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ôóíêöèîíàëà ïëîòíîñòè, àâòî-
ðû [93,94] îáíàðóæèëè íåîáû÷íûå àäñîðáöèîííûå
ñâîéñòâà ìîëåêóëû âîäîðîäà, çàíèìàþùåé ìåñòî
íàä àòîìîì ìåäè íà êðàþ ñòóïåíüêè. Ýíåðãèè âðà-
ùàòåëüíî-êîëåáàòåëüíûõ ïåðåõîäîâ îêàçàëèñü áëèç-
êèìè ê òàêîâûì äëÿ èäåàëüíîãî äâóìåðíîãî êâàíòî-
âîãî ðîòàòîðà, à âíóòðåííèå êîëåáàíèÿ ìîëåêóëû
äèïîëüíî àêòèâíû è õàðàêòåðèçóþòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî
ìàëîé ýíåðãèåé. Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî, à òàêæå
òî, ÷òî äëèíà ñâÿçè Cu–H2 çíà÷èòåëüíî óêîðî÷åíà,
à äëèíà ñâÿçè Í–Í â ìîëåêóëå óâåëè÷åíà, ÿâëÿþòñÿ
ïðèçíàêàìè, õàðàêòåðíûìè äëÿ õåìîñîðáöèè. Îä-
íàêî ýíåðãèÿ àäñîðáöèè ìîëåêóëû Í2 â òàêîì ñî-
ñòîÿíèè ñîñòàâëÿåò ìåíåå 100 ìýÂ, ÷òî õàðàêòåðíî
äëÿ ôèçàäñîðáöèè. Ïðè÷èíó òîãî, ÷òî âíóòðèìîëå-
êóëÿðíàÿ ñâÿçü âîçìóùåíà, êàê ïðè õåìîñîðáöèè, à
ýíåðãèÿ ñâÿçè ìîëåêóëû ñ ïîâåðõíîñòüþ ìàëà, àâòî-
ðû [93,94] âèäÿò â òîì, ÷òî î÷åíü âåëèêà ýíåðãèÿ
íóëåâûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû â óçêîé è àíãàðìî-
íè÷íîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå íàä àòîìîì ìåäè, ðàñïî-
ëîæåííûì íà êðàþ ñòóïåíüêè.
Ðàñ÷åòû àâòîðîâ [93,94] ïîêàçàëè òàêæå ñóùåñò-
âîâàíèå ñèëüíîé îðèåíòàöèîííîé àíèçîòðîïèè, çà-
ñòàâëÿþùåé ìîëåêóëó íàä åäèíè÷íûì àòîìîì ìåäè
íà ñòóïåíüêå âðàùàòüñÿ â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêó-
ëÿðíîé íàïðàâëåíèþ Í2–Cu ñâÿçè. Ýòèì îáúÿñíÿåò-
ñÿ ïîâåäåíèå ìîëåêóëû Í2 â òàêîì ñîñòîÿíèè, êàê
ïî÷òè èäåàëüíîãî 2D ðîòàòîðà.  îòëè÷èå îò àäñîðá-
öèè íà ãëàäêîé ãðàíè Cu(100), êîãäà íàáëþäàåòñÿ
óñêîðåííàÿ î–ð-Í2 êîíâåðñèÿ è ïðåèìóùåñòâåííîå
çàñåëåíèå àäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé ïàðàâîäîðîäîì
[85], íà ñòóïåí÷àòîé ãðàíè Cu(510) íàáëþäàåò-
ñÿ ðåçêîå îáîãàùåíèå àäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ îðòî-
âîäîðîäîì. Ïîäîáíîå îáîãàùåíèå íàáëþäàëîñü àâòî-
ðàìè [93,94] ïðè íåñêîëüêî ïîâûøåííîé (äî � 18 Ê)
òåìïåðàòóðå. Ïðè òàêîé òåìïåðàòóðå êîíöåíòðàöèÿ
ìîëåêóë Í2 íà òåððàñàõ ñòàíîâèòñÿ ïðåíåáðåæèìî
ìàëîé, è âåñü âîäîðîä ñîñðåäîòî÷åí íà îñîáûõ àä-
ñîðáöèîííûõ ìåñòàõ íàä àòîìàìè ìåäè íà êðàþ ñòó-
ïåíüêè.
Êàê âèäíî íà ðèñ. 26 [94], ïèêè 31 è 46 ìýÂ â
ñïåêòðå ïîòåðü ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ, îòíîñÿùèåñÿ ê
0
2 âðàùàòåëüíûì ïåðåõîäàì ñîîòâåòñòâåííî äâó-
ìåðíûõ è òðåõìåðíûõ ð-Í2 ðîòàòîðîâ (ñîãëàñíî
òåîðåòè÷åñêèì ðàñ÷åòàì), ïðèñóòñòâóþò â ñïåêòðå
ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè 10 Ê. Ïðè 16 Ê èíòåí-
ñèâíîñòü ïèêà 31 ìý çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ,
ïðè 18 Ê ýòîò ïèê ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò, à ïîÿâëÿåòñÿ
õîðîøî âûðàæåííûé ïèê 61 ìýÂ, ñîîòâåòñòâóþùèé
2D âðàùàòåëüíîìó ïåðåõîäó 1
3 äëÿ î-Í2.
24 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
3.2.5. Ôîòîäåñîðáöèÿ ôèçàäñîðáèðîâàííîãî
âîäîðîäà
Àâòîðû ×àëìåðñêîé ãðóïïû ïðîâåëè òàêæå èñ-
ñëåäîâàíèå ôîòîäåñîðáöèè ôèçàäñîðáèðîâàííîãî
âîäîðîäà ïîä äåéñòâèåì èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ.
Äîâîëüíî äàâíî áûëà çàìå÷åíà çíà÷èòåëüíàÿ äå-
ñîðáöèÿ âîäîðîäà ñ âàêóóìíûõ êðèîïàíåëåé, èíè-
öèèðîâàííàÿ òåïëîâûì èçëó÷åíèåì ñòåíîê êàìåðû
[95]. Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ [96–98] ïîäòâåðäè-
ëè ñóùåñòâîâàíèå òàêîé äåñîðáöèè, è èõ ðåçóëüòàòû
óêàçûâàþò íà íåòåðìè÷åñêèé õàðàêòåð ïðîöåññà.
Àâòîðû [96,98] ïîëàãàëè, ÷òî äåñîðáöèÿ ìîëåêóëû
èíèöèèðóåòñÿ ôîíîíîì, êîòîðûé âîçíèêàåò ïðè ïî-
ãëîùåíèè êâàíòà èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ â ïîä-
ëîæêå, à çàòåì ýíåðãèÿ ôîíîíà ïåðåäàåòñÿ àäñîðáè-
ðîâàííîé ìîëåêóëå.
Äðóãàÿ òî÷êà çðåíèÿ íà ìåõàíèçì ôîòîäåñîðáöèè
âûñêàçàíà â ðàáîòå [99]: ïðîèñõîäèò ïðÿìàÿ ôîòî-
äåñîðáöèÿ ïóòåì âîçáóæäåíèÿ ìîëåêóëû ñ íèæàé-
øåãî êîëåáàòåëüíîãî óðîâíÿ â ôèçàäñîðáöèîííîé
ïîòåíöèàëüíîé ÿìå â ñîñòîÿíèÿ êîíòèíóóìà. Ïðÿ-
ìîå äîêàçàòåëüñòâî îñóùåñòâëåíèÿ ïîäîáíîãî ìå-
õàíèçìà ïîëó÷åíî â ðàáîòàõ ×àëìåðñêîé ãðóïïû
[100,101]. Èññëåäîâàëàñü ýêñïåðèìåíòàëüíî è ðàñ-
ñ÷èòûâàëàñü òåîðåòè÷åñêè ôîòîäåñîðáöèÿ Í2, ÍD è
D2 ñî ñòóïåí÷àòîé ïîâåðõíîñòè Cu(510) ïîä äåéñò-
âèåì èçëó÷åíèÿ ÷åðíîãî òåëà. Äåñîðáöèÿ çíà÷èòåëü-
íà, ïîñêîëüêó â ìåëêîé ôèçàäñîðáöèîííîé ÿìå
ñîäåðæèòñÿ ëèøü íåñêîëüêî ñîñòîÿíèé ñâÿçè, êî-
ëåáàòåëüíîå äâèæåíèå ìîëåêóëû ÿâëÿåòñÿ äèïîëü-
íî àêòèâíûì, è äèïîëüíûé ìîìåíò ñâÿçè ìîëåêó-
ëà—ïîâåðõíîñòü — ñèëüíî íåëèíåéíàÿ ôóíêöèÿ
ñìåùåíèÿ [102]. Âûïîëíåííûå ðàñ÷åòû ïîêàçàëè,
÷òî ñêîðîñòü äåñîðáöèè, èíäóöèðîâàííîé íåïðÿìûì
ïðîöåññîì, âêëþ÷àþùèì âîçáóæäåíèå ôîíîíîâ â
ïîäëîæêå, íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ âåëè÷èíû ìåíü-
øå, ÷åì íàáëþäàåìàÿ íà îïûòå è ðàññ÷èòàííàÿ äëÿ
ìåõàíèçìà ïðÿìîé ôîòîäåñîðáöèè.
Ïðèìåíÿÿ ìåòîä HREELS, àâòîðû [100,101] èìå-
ëè âîçìîæíîñòü íàáëþäàòü ðàçäåëüíî ôîòîäåñîðá-
öèþ ìîëåêóë, àäñîðáèðîâàííûõ íà ïëîñêèõ òåððà-
ñàõ è íà êðàÿõ ñòóïåíåé. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðîöåññ
äåñîðáöèè ñî ñòóïåíåé çíà÷èòåëüíî èíòåíñèâíåå,
÷åì ñ òåððàñ, à òàêæå îáíàðóæåí èçîòîïíûé ýôôåêò:
äåéòåðèé äåñîðáèðóåòñÿ ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ, ÷åì
âîäîðîä. Òåîðèÿ îáúÿñíÿåò íàëè÷èå òàêîãî èçîòîï-
íîãî ýôôåêòà. Íå âäàâàÿñü â äåòàëè òåîðèè, ìîæíî
ïîëàãàòü, ÷òî áîëåå ãëóáîêîå ðàñïîëîæåíèå óðîâíÿ
íóëåâûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû D2 â ôèçàäñîðáöèîí-
íîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå ñàìî ïî ñåáå îêàçûâàåò
âëèÿíèå íà ñêîðîñòü ôîòîäåñîðáöèè. Ðàçëè÷èÿ â
ñêîðîñòÿõ ôîòîäåñîðáöèè ñ òåððàñ è êðàåâ ñòóïåíåé
÷àñòè÷íî îáúÿñíÿþòñÿ áîëüøåé äèïîëüíîé àêòèâíî-
ñòüþ êðàåâûõ ìîëåêóë Í2, îäíàêî òðåáóþòñÿ äîïîë-
íèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ [101].
4. Êèñëîðîä, îêèñü óãëåðîäà, àçîò
4.1. Êèñëîðîä
Èññëåäîâàíèå íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè
êèñëîðîäà íà ìåòàëëàõ ïðåäñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíûé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 25
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
�100
18 K
ã
47
61
79
1,0
0,5
0
0 20 40 60 80 100
Ïîòåðè ýíåðãèè , ìýÂ
0
1,0
0,5
�100
31
46
60
15 K
â
1,0
0,5
0
�100
31
46
10 K
85
�200
á
1,0
0,5
0
�10
10 K
45
H a
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü
, î
òí
. å
ä
.
2
Ðèñ. 26. Ñïåêòðû õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü ýíåðãèè
ýëåêòðîíîâ äëÿ Í2 íà Cu(510) [94]. Ïîëíûé ìîíîñëîé
ïðè 10 Ê (à); ïîêðûòû ñòóïåíè ïðè ðàçíûõ Ts (á–ã).
èíòåðåñ, ïî êðàéíåé ìåðå, ïî äâóì ïðè÷èíàì. Âî-
ïåðâûõ, êèñëîðîä êàê íàèáîëåå àêòèâíàÿ ñîñòàâ-
ëÿþùàÿ çåìíîé àòìîñôåðû ïðè åãî âçàèìîäåéñòâèè
ñ ïîâåðõíîñòüþ ðàäèêàëüíî èçìåíÿåò åå ñâîéñòâà
(ýëåêòðîííûå ñâîéñòâà, êàòàëèòè÷åñêèå ðåàêöèè,
êîððîçèÿ è ò.ï.), è êëþ÷åâîé ñòàäèåé ýòîãî âçàèìî-
äåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ àäñîðáöèÿ. Êàê è â ñëó÷àå âîäî-
ðîäà, ìåõàíèçì äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè ìîæåò
áûòü ìíîãîñòóïåí÷àòûì è âêëþ÷àòü ïðåäñîñòîÿ-
íèå — ñîñòîÿíèå ôèçàäñîðáöèè. Ýòî ñîñòîÿíèå õà-
ðàêòåðèçóåòñÿ î÷åíü ìàëîé ýíåðãèåé ñâÿçè (ïðàâäà,
äëÿ êèñëîðîäà áîëüøåé, ÷åì äëÿ âîäîðîäà), è äëÿ
åãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èçó÷åíèÿ íåîáõîäèìî ãëó-
áîêîå îõëàæäåíèå ïîäëîæêè. Âî-âòîðûõ, îáðàçîâà-
íèå àäñîðáèðîâàííîãî ìîíîñëîÿ ÿâëÿåòñÿ íà÷àëü-
íîé ñòàäèåé ðîñòà êðèñòàëëà êèñëîðîäà, è ñâîéñòâà
ýòîãî àäñëîÿ íåñîìíåííî îêàçûâàþò âëèÿíèå íà
ñâîéñòâà âûðàùèâàåìîãî êðèîêðèñòàëëà.
Íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè êèñëîðîäà ïî-
ñâÿùåíî çíà÷èòåëüíî ìåíüøåå ÷èñëî ðàáîò, ÷åì àä-
ñîðáöèè âîäîðîäà. Ïîýòîìó íàñòîÿùèé ðàçäåë ñòà-
òüè ñóùåñòâåííî ìåíüøå ïî îáúåìó. Â îñíîâíîì
ðå÷ü áóäåò èäòè î íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè
êèñëîðîäà íà ïåðåõîäíûõ ìåòàëëàõ.
4.1.1. Àäñîðáöèÿ íà ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíêàõ
Íàèáîëåå ðàííåé èçâåñòíîé íàì ðàáîòîé ïî àä-
ñîðáöèè êèñëîðîäà ïðè ãëóáîêîì îõëàæäåíèè ïîä-
ëîæêè ÿâëÿåòñÿ ðàáîòà Ðþëÿ [103], â êîòîðîé èññëå-
äîâàëàñü àäñîðáöèÿ íà ñâåæåíàïûëåííûõ ïëåíêàõ
Mg, Mn, Al, In, Ga, Cd, Pb è Sn òîëùèíîé
50–150 Å, îõëàæäåííûõ âïëîòü äî 1,5 Ê. Îêàçà-
ëîñü, ÷òî àäñîðáöèÿ (êîíäåíñàöèÿ) êèñëîðîäà ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (îò 1,5 äî 7 Ê äëÿ ðàçíûõ ìå-
òàëëîâ) íå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîãî âëèÿíèÿ íà
ýëåêòðîñîïðîòèâëåíèå ïëåíêè. Îäíàêî ïîâûøåíèå
òåìïåðàòóðû ïëåíêè äî íåêîòîðîé õàðàêòåðèñòè÷å-
ñêîé òåìïåðàòóðû (íàïðèìåð, äëÿ Pb â ïðåäåëàõ
20–40 Ê) ïðèâîäèò ê íåîáðàòèìîìó âîçðàñòàíèþ
ñîïðîòèâëåíèÿ, ÷òî ìîæíî îáúÿñíèòü íà÷àëîì ïðî-
öåññà îêèñëåíèÿ, ïðèâîäÿùåãî ê ýôôåêòèâíîìó
óòîíüøåíèþ ïëåíêè. Òàêèì îáðàçîì, ïðè íèçêîé
òåìïåðàòóðå íà ïîâåðõíîñòè ïëåíêè êèñëîðîä íà
ýòèõ ìåòàëëàõ íå õåìîñîðáèðóåòñÿ, à îáðàçóåòñÿ
ñëîé ôèçàäñîðáèðîâàííîãî èëè êîíäåíñèðîâàííîãî
ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà.
Ïîäîáíûå ðåçóëüòàòû ïîçäíåå áûëè ïîëó÷åíû
×îòòèíåðîì è Ãëîâåðîì äëÿ ïëåíîê îëîâà [104]. Àâ-
òîðû [104] óêàçûâàþò, ÷òî ïðè êîíäåíñàöèè òîëñòî-
ãî ñëîÿ êèñëîðîäà ïðè 5 Ê ñîïðîòèâëåíèå ïëåíêè
íåñêîëüêî âîçðàñòàåò, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïîòåðå ìå-
òàëëè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè ñëîåì ýôôåêòèâíîé òîë-
ùèíîé 0,1 Å (ïëåíêà Sn èìååò òîëùèíó � 150 Å).
Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïëåíêè âûøå 13 Ê ïðèâî-
äèò ê íåîáðàòèìîìó óâåëè÷åíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ
âñëåäñòâèå õåìîñîðáöèè êèñëîðîäà. Àâòîðû [104]
îöåíèëè, ÷òî ýòî ïîâûøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ñîîòâåò-
ñòâóåò èçúÿòèþ èç ó÷àñòèÿ â ýëåêòðîïðîâîäíîñòè
ïëåíêè ñëîÿ Sn òîëùèíîé � 11 Å, à ýíåðãèÿ àêòèâà-
öèè ïðîöåññà õåìîñîðáöèè ñîñòàâëÿåò � 35 ìýÂ. Íå-
çíà÷èòåëüíîå óâåëè÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïëåíêè
ïðè 5 Ê ìîæíî îáúÿñíèòü èçìåíåíèåì óñëîâèé ðàñ-
ñåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè íà ãðàíèöå ðàçäåëà
Sn–O2, ïîñêîëüêó ïðè ôèçè÷åñêîé àäñîðáöèè ïðàê-
òè÷åñêè îòñóòñòâóåò îáìåí ýëåêòðîíàìè ìåæäó àä-
ñîðáåíòîì è àäñîðáàòîì.
4.1.2. Àäñîðáöèÿ íà ìîíîêðèñòàëëàõ
4.1.2.1. Ñïåêòðû àäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé.
Âïåðâûå àäñîðáöèþ êèñëîðîäà íà ìîíîêðèñòàëëå
âîëüôðàìà (ãðàíü (110)) ïðè 20 Ê èññëåäîâàëè è
èçìåðèëè ñïåêòðû òåðìîäåñîðáöèè Ëåóíã è Ãîìåð
[105]. Èìè ïîêàçàíî, ÷òî ïðè îòíîñèòåëüíî ìàëîé
ýêñïîçèöèè ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè àäñëîÿ, îáðà-
çîâàâøåãîñÿ ïðè 20 Ê, íå îòëè÷àåòñÿ îò íàáëþäàâ-
øåãîñÿ ïîñëå àäñîðáöèè ïðè 300 Ê, è êèñëîðîä
äåñîðáèðóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî â âèäå àòîìîâ. Äå-
ñîðáöèÿ àòîìàðíîãî êèñëîðîäà ïîñëå àäñîðáöèè ïðè
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå íàáëþäàëàñü è â íàøèõ ðàí-
íèõ ðàáîòàõ [40,41,106]. Ïðè óâåëè÷åíèè ýêñïîçè-
öèè â êèñëîðîäå ïðè 20 Ê àâòîðû [105] íàáëþäàëè
ïîÿâëåíèå â ñïåêòðå òåðìîäåñîðáöèè íèçêîòåìïåðà-
òóðíûõ ïèêîâ 45 Ê, çàòåì 27 Ê è, íàêîíåö, 25 Ê. Ñî-
îòâåòñòâóþùèå àäñîðáöèîííûå ñîñòîÿíèÿ (ÀÑ) áó-
äåì èìåíîâàòü ïî òåìïåðàòóðå ïèêîâ. Ïîäîáíûé
ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè ïîêàçàí íà ðèñ. 27. Ïèêè 45
è 27 Ê ñ óâåëè÷åíèåì ýêñïîçèöèè íàñûùàþòñÿ, à
ïèê 25 Ê ðàñòåò íåîãðàíè÷åííî. Îñíîâûâàÿñü íà èç-
ìåðåíèè ðàáîòû âûõîäà è ýëåêòðîííî-ñòèìóëèðî-
âàííîé äåñîðáöèè, àâòîðû [105] ïðèøëè ê çàêëþ-
26 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
10 20 30 40 50
T, K
I,
î
òí
. å
ä
.
1
2
3
Ðèñ. 27. Ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè êèñëîðîäà ñ W(110);
àäñîðáöèÿ ïðè 20 Ê [105]. 1 — êîíäåíñàöèÿ; 2 — ôèç-
àäñîðáöèÿ; 3 — ñëàáàÿ ìîëåêóëÿðíàÿ õåìîñîðáöèÿ.
÷åíèþ, ÷òî ÀÑ 27 è 25 Ê ïî÷òè èäåíòè÷íû ïî
ñâîéñòâàì è îòíîñÿòñÿ ñîîòâåòñòâåííî ê ôèçàäñîðá-
öèè è êîíäåíñàöèè. Àäñîðáöèîííîå ñîñòîÿíèå 45 Ê
àâòîðû [105] îòíîñÿò ê ñîñòîÿíèþ ñëàáîé ìîëåêó-
ëÿðíîé õåìîñîðáöèè è ïîëàãàþò, ÷òî îíî çàïîëíÿåò-
ñÿ çà ñ÷åò êîíâåðñèè èç ñîñòîÿíèÿ ôèçàäñîðáöèè
ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû. Ïîäîáíàÿ òî÷êà çðå-
íèÿ âûñêàçûâàåòñÿ è â ðàáîòå Âàíãà è Ãîìåðà [107],
îäíàêî ïîçäíåå ýòà èíòåðïðåòàöèÿ áûëà ïðèçíàíà
Ãîìåðîì è ñîàâò. íåêîððåêòíîé [108].
 ðàáîòå [108] ñ öåëüþ âûÿñíåíèÿ ïðèðîäû àä-
ñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö (àòîìû èëè ìîëåêóëû) íà
W(110) ïðè Òs � 20 Ê ïðîâåëè ýêñïåðèìåíò ñ èçîòî-
ïàìè êèñëîðîäà 16Î2 è 18Î2, íàáëþäàÿ çà äåñîðáöè-
åé ïðè 45 Ê. Èäåÿ ýêñïåðèìåíòà ñîñòîÿëà â ñëåäóþ-
ùåì. Åñëè ïîñëåäîâàòåëüíî àäñîðáèðîâàòü 18Î2, à
çàòåì 16Î2, òî ïðè óñëîâèè, ÷òî âåñü êèñëîðîä àä-
ñîðáèðîâàí â ìîëåêóëÿðíîì ñîñòîÿíèè, êîëè÷åñòâî
äåñîðáèðîâàâøèõñÿ ïðè 45 Ê ìîëåêóë 18Î2 è 16Î2
áóäóò â òàêîì æå ñîîòíîøåíèè, êàê êîëè÷åñòâî
àäñîðáèðîâàâøèõñÿ. Ýêñïåðèìåíò æå ïîêàçàë, ÷òî
ïðè 45 Ê íàáëþäàåòñÿ äåñîðáöèÿ ëèøü 16Î2. Ýòî
çíà÷èò, ÷òî ïåðâàÿ ïîðöèÿ ìîëåêóë (18Î2) äèññî-
öèèðîâàëà, à äåñîðáöèÿ õåìîñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ
êèñëîðîäà ïðîèñõîäèò ïðè T > 2000 Ê. Àâòîðû [108],
îäíàêî, çàìå÷àþò, ÷òî â òàêîé ïîñòàíîâêå ýêñïåðè-
ìåíòà íåëüçÿ èñêëþ÷èòü, ÷òî àòîìàðíàÿ ôàçà àä-
ñîðáöèè îáðàçîâàëàñü íå íåïîñðåäñòâåííî ïðè àä-
ñîðáöèè, à â ðåçóëüòàòå êîíâåðñèè ïðè ïîâûøåíèè
òåìïåðàòóðû îáðàçöà äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ òåðìîäå-
ñîðáöèè. Î òîì, ÷òî â äåéñòâèòåëüíîñòè ýòî íå òàê,
ñâèäåòåëüñòâóþò ýêñïåðèìåíòû Îïèëà è Ãîìåðà ñ
ïðèìåíåíèåì ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè [109],
êîòîðûå ìû ðàññìîòðèì íèæå.
Îïèñàííîå âûøå ñîñòîÿíèå àäñîðáèðîâàííîãî êè-
ñëîðîäà õàðàêòåðíî äëÿ âîëüôðàìà, îäíàêî â ñëó÷àå
ïëàòèíû Àðöþêîâè÷ è Óêðàèíöåâ [110] íàáëþäàëè
êîíâåðñèþ ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ïðè Òs � 20 Ê ìî-
ëåêóë Î2 â õåìîñîðáèðîâàííûå âñëåäñòâèå ïîâû-
øåíèÿ Òs äî 30–40 Ê. Àòîìàðíîå õåìîñîðáöèîí-
íîå ñîñòîÿíèå íàáëþäàåòñÿ ïðè ïîâûøåíèè Òs äî
100–160 Ê.
Íàìè áûëè èçìåðåíû ñïåêòðû òåðìîäåñîðáöèè
êèñëîðîäà, àäñîðáèðîâàííîãî ïðè Òs � 5 Ê íà ðàç-
íûõ ãðàíÿõ âîëüôðàìà [33,34,111]. Ñïåêòðû òåðìî-
äåñîðáöèè ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà ñ ïîâåðõíî-
ñòåé W(110), (100) è (112) [33,34] ïîäîáíû äðóã
äðóãó è ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àþòñÿ îò ñïåêòðà, ïî-
ëó÷åííîãî äëÿ W(110) Ëåóíãîì è Ãîìåðîì [105].
Íîâûì çäåñü ÿâëÿåòñÿ ñâèäåòåëüñòâî îòñóòñòâèÿ àä-
ñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé êèñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè
âîëüôðàìà ñ ýíåðãèåé ñâÿçè, ìåíüøåé, ÷åì äëÿ ñî-
ñòîÿíèÿ 25 Ê. Íåñêîëüêî îòëè÷íûì îò ðàññìîòðåí-
íûõ âûøå äëÿ ãðàíåé W(110), (100) è (112) ÿâëÿåò-
ñÿ ñïåêòð òåðìîäåñîðáöèè êèñëîðîäà ñ ïîâåðõíîñòè
W(111). Îòëè÷èå ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïèê, ñîîòâåòñò-
âóþùèé ñëàáîé ìîëåêóëÿðíîé õåìîñîðáöèè, ñäâè-
íóò ê 60 Ê [111]. Îöåíêà ýíåðãèé àêòèâàöèè äåñîðá-
öèè äëÿ ÀÑ 25, ÀÑ 27, ÀÑ 45 è ÀÑ 60 äàåò
ñîîòâåòñòâåííî 65, 70, 117 è 156 ìýÂ. Ìû óñìàòðè-
âàåì ïðè÷èíó óâåëè÷åíèÿ ýíåðãèè ñâÿçè Î2 â ñî-
ñòîÿíèè ñëàáîé ìîëåêóëÿðíîé õåìîñîðáöèè íà ãðà-
íè (111) â òîì, ÷òî ýòà ãðàíü íàèáîëåå ðûõëàÿ, è
ìîëåêóëû íà ýòîé ãðàíè ìîãóò ñîïðèêàñàòüñÿ ñ áîëü-
øèì ÷èñëîì ñîñåäíèõ àòîìîâ W, ÷åì â ñëó÷àå áîëåå
ãëàäêèõ ãðàíåé. Îïèðàÿñü íà ðàññìîòðåííûå âûøå
ðåçóëüòàòû, â [34] áûëà ïðåäëîæåíà ãèïîòåòè÷åñêàÿ
ìîäåëü ïîñëîéíîãî ðîñòà êðèîêðèñòàëëà êèñëîðîäà,
èçîáðàæåííàÿ íà ðèñ. 28.
 çàêëþ÷åíèå îñòàíîâèìñÿ íà ðåçóëüòàòàõ íåïî-
ñðåäñòâåííîãî íàáëþäåíèÿ ìåòîäîì ñêàíèðóþùåé
òóííåëüíîé ìèêðîñêîïèè àòîìîâ è ìîëåêóë êèñëî-
ðîäà íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà, îõëàæäåííîãî äî 4 Ê
[112]. Àâòîðû [112] íàáëþäàëè íà ïîâåðõíîñòè
Cu(110) àäñîðáèðîâàííûå ïðè Òs � 4 Ê îòäåëüíûå
ìîëåêóëû Î2, êëàñòåðû ìîëåêóë Î2, à òàêæå àòîìû
êèñëîðîäà. Íà ðèñ. 29 ïðåäñòàâëåíî SÒÌ èçîáðàæå-
íèå ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè ðàçìåðîì 37�37 Å, íà êîòî-
ðîì âèäíû ìîëåêóëà (ñâåòëîå ïÿòíî) è ïàðû àòîìîâ
(òåìíûå ïÿòíà) êèñëîðîäà. Àâòîðû [112] óñìàòðè-
âàþò â ýòèõ ðåçóëüòàòàõ äîêàçàòåëüñòâî òîãî, ÷òî
ìîëåêóëÿðíîå ïðåäñîñòîÿíèå ðåàëüíî ñóùåñòâóåò íà
ïîâåðõíîñòè è ó÷àñòâóåò â ìåõàíèçìå äèññîöèà-
òèâíîé àäñîðáöèè, õîòÿ â íåêîòîðûõ ðàáîòàõ â ïî-
ñëåäíåå âðåìÿ ðîëü ïðåäñîñòîÿíèÿ ïîäâåðãàëàñü ñî-
ìíåíèþ [50–53]. Ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî
ìîëåêóëû ïðèñóòñòâóþò íà ïîâåðõíîñòè, íà êîòîðîé
ïðîèñõîäèò äèññîöèàòèâíàÿ àäñîðáöèÿ.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 27
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
W
1
2
3
4
Ðèñ. 28. Ìîäåëü àäñëîÿ êèñëîðîäà ïðè Ts � 5 Ê [34]. 1 —
àòîìàðíàÿ õåìîñîðáöèÿ; 2 — ìîëåêóëÿðíàÿ õåìîñîðáöèÿ;
3 — ôèçàäñîðáöèÿ; 4 — êîíäåíñàöèÿ.
4.1.2.2. Êèíåòèêà àäñîðáöèè. Ðàññìîòðèì èçìå-
ðåííûå â íàøåé ëàáîðàòîðèè ñ ïîìîùüþ ìåòîäà
ìîëåêóëÿðíîãî ïó÷êà (ðàçä. 2.5.) çàâèñèìîñòè êî-
ýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ êèñëîðîäà îò ñòåïåíè ïî-
êðûòèÿ � íà ðàçíûõ ãðàíÿõ W [33,34,111, 113,114].
Íà ðèñ. 30 [34] ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè êîýôôè-
öèåíòà ïðèëèïàíèÿ îò � äëÿ ðàçíûõ òåìïåðàòóð ïîä-
ëîæêè Òs äëÿ ãðàíåé âîëüôðàìà (100) è (110). Îò-
ìåòèì, ÷òî çäåñü è äàëåå � — ýòî êîëè÷åñòâî àòîìîâ
êèñëîðîäà íà îäèí ïîâåðõíîñòíûé àòîì ïîäëîæêè.
 ñëó÷àå ïîâåðõíîñòè W(100) çàâèñèìîñòè S(�) õà-
ðàêòåðèçóþòñÿ ñëåäóþùèìè îñîáåííîñòÿìè. Íà-
÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ ðàâåí åäèíèöå è
íå çàâèñèò îò Òs. Íå çàâèñèò íà÷àëüíûé êîýôôèöè-
åíò ïðèëèïàíèÿ òàêæå è îò Òg. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò
î ïðÿìîé íåàêòèâèðîâàííîé õåìîñîðáöèè.
 ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå áûëè ïðèâåäåíû ñâè-
äåòåëüñòâà òîãî, ÷òî íà âîëüôðàìå äî îïðåäåëåííîé
ñòåïåíè ïîêðûòèÿ ïðè Òs > 20 Ê êèñëîðîä äèññîöèà-
òèâíî õåìîñîðáèðóåòñÿ â âèäå àòîìîâ. Íàì êàæåòñÿ,
÷òî ðåçóëüòàòû, ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 30, ñâèäåòåëü-
ñòâóþò î òîì, ÷òî è ïðè 5 Ê ïðîèñõîäèò äèññîöèà-
òèâíàÿ àäñîðáöèÿ êèñëîðîäà. Âèäíî, ÷òî êðèâûå 4 è
5 íà ðèñ. 30 â îáëàñòè ïîêðûòèé äî îäíîãî ìîíîñëîÿ
ñîâïàäàþò. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ìåõàíèçì àäñîðáöèè â
ýòîé îáëàñòè ïîêðûòèé íå èçìåíÿåòñÿ ïðè ïåðåõîäå
îò Òs � 35 Ê ê Òs � 5 Ê, ò.å. è ïðè Òs � 5 Ê àäñîðáöèÿ
äèññîöèàòèâíàÿ.
Îáñóäèì òåïåðü âëèÿíèå òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè
â äèàïàçîíå 5–350 Ê íà êèíåòèêó çàïîëíåíèÿ ïåðâî-
ãî ìîíîñëîÿ. Òàêèå äàííûå ïîëó÷åíû äëÿ Òg =
= 200 Ê. Íà ðèñ. 30 âèäíî, ÷òî ïðè Òs � 350 Ê êîýô-
ôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ ðåçêî óìåíüøàåòñÿ ñ ïîêðûòè-
åì, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î ëåíãìþðîâñêîì ìåõàíèç-
ìå àäñîðáöèè, ïðè êîòîðîì ìîëåêóëà, óïàâøàÿ íà
çàíÿòûé àäñîðáöèîííûé öåíòð, îòðàæàåòñÿ îáðàòíî.
Ïîíèæåíèå Òs ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ íàêëîíà çà-
âèñèìîñòè S(�), ÷òî óêàçûâàåò íà âêëþ÷åíèå ìåõà-
íèçìà àäñîðáöèè ÷åðåç âíåøíåå ïðåäñîñòîÿíèå, êî-
ãäà ìîëåêóëà, óïàâøàÿ íà çàíÿòûé öåíòð, ìèãðèðóÿ
âäîëü ïîâåðõíîñòè, èìååò âîçìîæíîñòü íàéòè ñâî-
áîäíûé öåíòð è àäñîðáèðîâàòüñÿ. Êà÷åñòâåííûå ñî-
îáðàæåíèÿ î ïðè÷èíå âîçðàñòàíèÿ ðîëè àäñîðáöèè
÷åðåç âíåøíåå ïðåäñîñòîÿíèå ïðè ïîíèæåíèè Òs
ïðèâåäåíû â íàøåé îáçîðíîé ñòàòüå [11] è îñíîâàíû
íà ñðàâíåíèè âðåìåíè æèçíè ìîëåêóëû íà ïîâåðõ-
íîñòè ïî îòíîøåíèþ ê ïðîöåññó òåðìîäåñîðáöèè $ è
âðåìåíè, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïðåîäîëåíèÿ íåêîòîðîãî
äèôôóçèîííîãî ïóòè tm. Ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ àêòèâà-
öèè äåñîðáöèè Åd âñåãäà ñóùåñòâåííî áîëüøå ýíåð-
ãèè àêòèâàöèè ïîâåðõíîñòíîé äèôôóçèè Åm, ïðè
ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû áàëàíñ ýòèõ âðåìåí èçìå-
íÿåòñÿ â ïîëüçó äèôôóçèè:
$
t
E E
kTm
d m
s
�
�
�
��
�
�
��exp . (4.1)
28 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
Ðèñ. 29. STM èçîáðàæåíèå àä÷àñòèö êèñëîðîäà íà
Cu(110) ïðè 4 Ê [112].
S
O /W(100)2
Tg = 200 Ê
à
á
0
1
2 31
0,5
0,5
�
�
1
2
3 4
5
0
1
2 31
O /W(100)2
Tg = 200 Ê
S
1
2
3
4
5
Ðèñ. 30. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ Î2
îò ñòåïåíè ïîêðûòèÿ [34]. (à) W(100), Ts , Ê: 340 (1),
200 (2), 80 (3), 35 (4), 5 (5); (á) — W(110), Ts , Ê:
300 (1), 80 (2), 60 (3), 35 (4), 5 (5).
Ñëåäóþùàÿ îñîáåííîñòü çàâèñèìîñòåé íà ðèñ. 30
ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïîñëå çàâåðøåíèÿ ôîðìèðîâàíèÿ
ïåðâîãî ìîíîñëîÿ êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ óâåëè-
÷èâàåòñÿ, ïðèáëèæàÿñü ê åäèíèöå. Ýòîò ýôôåêò,
êàê è äëÿ àäñîðáöèè âîäîðîäà (ï. 3.1.2.1.), îáú-
ÿñíÿåòñÿ ïîâûøåíèåì ýôôåêòèâíîñòè ïîòåðè êè-
íåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïðè ñîóäàðåíèè ìîëåêóëû ñ
ïîâåðõíîñòüþ ïî ìåðå çàïîëíåíèÿ ïîâåðõíîñòè ñëà-
áîñâÿçàííîé ôàçîé ìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè âñëåä-
ñòâèå ñîâïàäåíèÿ ìàññ ñîóäàðÿþùèõñÿ ïàðòíåðîâ.
Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïàäàþùèõ ìîëåêóë, íå
îêàçûâàÿ âëèÿíèÿ íà íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðè-
ëèïàíèÿ, òåì íå ìåíåå ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà êîýô-
ôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ â îáëàñòè � � 1, êîãäà íà÷èíà-
åò ôîðìèðîâàòüñÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ôàçà àäñîðáöèè.
Êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ ïðè � � 1 óìåíüøàåòñÿ ñ
ïîâûøåíèåì Òg âñëåäñòâèå óìåíüøåíèÿ âåðîÿòíî-
ñòè çàõâàòà â ñîñòîÿíèå ôèçàäñîðáöèè. Êà÷åñòâåííî
ïîäîáíîå âëèÿíèå ýíåðãèè ïàäàþùèõ ÷àñòèö íà âå-
ðîÿòíîñòü ïðèëèïàíèÿ íàáëþäàëîñü, íàïðèìåð, äëÿ
àçîòà íà W(100) [115] è CO è Ar íà Ir(110) [116]
(ïðàâäà, ïðè çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêèõ Òs).
Àäñîðáöèÿ êèñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè W(112)
ïðè Òs � 5 Ê õàðàêòåðèçóåòñÿ çàâèñèìîñòÿìè S(�),
ïîäîáíûìè ïîêàçàííûì íà ðèñ. 30 [34], îäíàêî äëÿ
àäñîðáöèè íà ïëîòíîóïàêîâàííîé ïîâåðõíîñòè
W(110) íàáëþäàþòñÿ ñóùåñòâåííûå îòëè÷èÿ. Êàê
âèäíî íà ðèñ. 30, íà÷àëüíûé êîýôôèöèåíò ïðèëèïà-
íèÿ äëÿ W(110) ñóùåñòâåííî ìåíüøå åäèíèöû è
óìåíüøàåòñÿ ñ ïîâûøåíèåì Òs. Ïðè÷èíó òîãî, ÷òî
S0 íà ïîâåðõíîñòè W(110) ñóùåñòâåííî ìåíüøå
ìîæíî óñìîòðåòü â òîì, ÷òî êîëè÷åñòâî îáîðâàííûõ
ñâÿçåé íà åäèíèöó ïëîùàäè íà ýòîé ïîâåðõíîñòè â
1,4 ðàçà ìåíüøå, ÷åì íà ïîâåðõíîñòè W(100).
Óìåíüøåíèå S0 ñ ðîñòîì Òs ÿâëÿåòñÿ ïðèçíàêîì
ó÷àñòèÿ ñîáñòâåííîãî ïðåäñîñòîÿíèÿ â ìåõàíèçìå
äèññîöèàòèâíîé àäñîðáöèè (àðãóìåíòàöèÿ ïîäîáíî-
ãî çàêëþ÷åíèÿ ïðèâåäåíà â ï. 3.1.1.1.).  îòëè÷èå îò
W(100) è W(112), â ñëó÷àå W(110) ïðèçíàêè àä-
ñîðáöèè ÷åðåç âíåøíåå ïðåäñîñòîÿíèå ïðîÿâëÿþòñÿ
ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü
áîëåå âûñîêîé ïîäâèæíîñòüþ ìîëåêóë Î2 â ïðåäñî-
ñòîÿíèè íà ïëîòíîóïàêîâàííîé ãëàäêîé ïîâåðõíî-
ñòè W(110). Óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïðèëèïà-
íèÿ íà ïîâåðõíîñòè W(110) ïðè � > 1 ïîäîáíî
òàêîâîìó äëÿ W(100) è îáúÿñíÿåòñÿ òîé æå ïðè-
÷èíîé.
Íàì íå èçâåñòíû ðàáîòû, â êîòîðûõ áûëè áû èç-
ìåðåíû çàâèñèìîñòè S(�) äëÿ àäñîðáöèè íà ìåòàëëå
ïðè Òs � 5 Ê. Îäíàêî â ðàáîòå Âàíãà è Ãîìåðà [117]
ïîëó÷åíû ïîäîáíûå çàâèñèìîñòè äëÿ W(110) ïðè
Òs � 20 Ê.  îáùèõ ÷åðòàõ ýòè çàâèñèìîñòè äëÿ
Òs � 20 Ê ïîõîæè íà ïðåäñòàâëåííóþ íà ðèñ. 30:
çíà÷åíèÿ íà÷àëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ ïðèëèïàíèÿ
áëèçêè è íàáëþäàåòñÿ óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà
ïðèëèïàíèÿ ñ ðîñòîì ïîêðûòèÿ. Îäíàêî, ñîãëàñíî
íàøèì èçìåðåíèÿì, óâåëè÷åíèå S ñ ðîñòîì � ñòàíî-
âèòñÿ çàìåòíûì íå ñ íóëåâîãî ïîêðûòèÿ, êàê â
[117], à ïðè � > 0,5. Àâòîðû [117] óâåëè÷åíèå S ñ
ðîñòîì � òàêæå îáúÿñíÿþò áîëåå ýôôåêòèâíîé ïîòå-
ðåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïàäàþùåé ìîëåêóëîé ïðè
åå óäàðå î ðàíåå àäñîðáèðîâàâøóþñÿ ìîëåêóëó.
Òðóäíî îáúÿñíèìûì ÿâëÿåòñÿ óâåëè÷åíèå S ñ íóëå-
âîãî ïîêðûòèÿ â [117], êîãäà, ñîãëàñíî íàøèì è Ãî-
ìåðà è ñîàâò. äàííûì [107,108], íà ïîâåðõíîñòè íà-
êàïëèâàþòñÿ æåñòêîñâÿçàííûå õåìîñîðáèðîâàííûå
àòîìû êèñëîðîäà. Êîìïëåêñ ΖW ïî ñóòè ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé åäèíóþ êâàçèìîëåêóëó ñ î÷åíü áîëüøîé
ìàññîé, è àêêîìîäàöèÿ ïðè ñòîëêíîâåíèè ñ íåé ìî-
ëåêóëû Î2 íåýôôåêòèâíà.
4.1.2.3. Ýëåêòðîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ è ñîñòîÿ-
íèå àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö. Îáñóäèì ðåçóëüòàòû
íåñêîëüêèõ ðàáîò ñ èñïîëüçîâàíèåì ôîòîýëåêòðîí-
íîé ñïåêòðîñêîïèè äëÿ âûÿñíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ àäñîð-
áèðîâàííûõ ÷àñòèö ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, à òàê-
æå ðàáîòó ñ ïðèìåíåíèåì ñïåêòðîñêîïèè òîíêîé
ñòðóêòóðû êðàÿ ïîãëîùåíèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé
(NEXAFS) äëÿ òîé æå öåëè. Âûøå óïîìèíàëàñü ðà-
áîòà Îïèëà è Ãîìåðà [109], â êîòîðîé àäñîðáöèÿ êè-
ñëîðîäà íà W(110) ïðè Ts � 26 Ê èññëåäîâàëàñü ìå-
òîäàìè óëüòðàôèîëåòîâîé (UPS) è ðåíòãåíîâñêîé
(XPS) ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè. Óñòàíîâ-
ëåíî, ÷òî ñ íà÷àëà íàïóñêà êèñëîðîäà îáðàçóåòñÿ
òîëüêî àòîìàðíûé õåìîñîðáèðîâàííûé êèñëîðîä, è
ëèøü ïîñëå íàñûùåíèÿ àòîìàðíîãî ñëîÿ íà÷èíàåò
ðàñòè (è ñî âðåìåíåì íàñûùàåòñÿ) ñëîé ìîëåêóëÿð-
íîãî ñëàáîñâÿçàííîãî êèñëîðîäà. Â XPS ñïåêòðå íà-
áëþäàþòñÿ äâà îñíîâíûõ ïèêà êèñëîðîäà, îäèí èç
êîòîðûõ (530,5 ýÂ) ïðèíàäëåæèò àòîìàðíîìó êè-
ñëîðîäó è íå ïîäâåðæåí êàêèì-ëèáî èçìåíåíèÿì
(ðèñ. 31), â îòëè÷èå îò ïèêà 536 ýÂ, êîòîðûé èñ÷å-
çàåò èç ñïåêòðà ïîñëå ïðîãðåâà ïîäëîæêè äî 90 Ê
(äåñîðáèðóåòñÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ôàçà). Íà òîì îñíî-
âàíèè, ÷òî äëÿ ìîëåêóëÿðíîé ôàçû íàáëþäàåòñÿ
åäèíñòâåííûé íåðàñùåïëåííûé ïèê â XPS ñïåêòðå,
àâòîðû [109] ïîëàãàþò, ÷òî îáà àòîìà ìîëåêóëû Î2
íàõîäÿòñÿ â îäèíàêîâîì ïîëîæåíèè ïî îòíîøåíèþ ê
ïîäëîæêå, òî åñòü îñü ìîëåêóëû îðèåíòèðîâàíà ïà-
ðàëëåëüíî ïîâåðõíîñòè.
Íàì èçâåñòíû åùå íåñêîëüêî ðàáîò, â êîòîðûõ
ïðèìåíÿëñÿ ìåòîä ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè
äëÿ âûÿñíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ êèñëîðîäà, àäñîðáèðîâàí-
íîãî íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà ïðè íèçêèõ òåìïåðà-
òóðàõ. Øìàéññåð è ßêîáè [118] ìåòîäîì UPS èñ-
ñëåäîâàëè àäñîðáöèþ êèñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè
íàïûëåííûõ ïëåíîê ãàëëèÿ. Îíè îáíàðóæèëè, ÷òî
ïðè 10 Ê ìîëåêóëû êèñëîðîäà ôèçàäñîðáèðîâàíû â
ïåðâîì ìîíîñëîå, à ñâåðõó ìîæåò êîíäåíñèðîâàòüñÿ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 29
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
íåñêîëüêî äîïîëíèòåëüíûõ ìîíîñëîåâ Î2. Ïðè ïî-
âûøåíèè Òs äî 70 Ê ìîëåêóëû Î2 õåìîñîðáèðóþòñÿ
(áåç äèññîöèàöèè), à ïðè 300 Ê êèñëîðîä ñâÿçàí
äèññîöèàòèâíî è îáðàçóåòñÿ îáúåìíûé îêñèä.
Ìåòîä UPS èñïîëüçîâàí ßêîáè è ñîàâò. [119]
ïðè èññëåäîâàíèè àäñîðáöèè êèñëîðîäà íà ïîâåðõ-
íîñòè Ni(100) (Ts � 20 Ê). Àâòîðàìè [119] ïîêàçà-
íî, ÷òî â ñóáìîíîñëîéíîé îáëàñòè ïîêðûòèÿ êè-
ñëîðîä â îñíîâíîì àäñîðáèðóåòñÿ äèññîöèàòèâíî,
õîòÿ çàìåòíû è ôèçàäñîðáèðîâàííûå ìîëåêóëû.
Ïðè óâåëè÷åíèè ýêñïîçèöèè ïîâåðõ õåìîñîðáèðî-
âàííîãî ìîíîñëîÿ ôîðìèðóåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî
ñëîé ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë. Òàêèì îáðà-
çîì, íà ïîâåðõíîñòè Ni(100) íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ
àäñîðáöèÿ êèñëîðîäà ïðîèñõîäèò ïîäîáíî òîìó, êàê
íà ïîâåðõíîñòè W (ñì. âûøå).
Èññëåäîâàíèå àäñîðáöèè êèñëîðîäà ïðè Ts � 25 Ê
íà ïîâåðõíîñòè Pt(111) ïðîâåäåíî Ëóíöåì è ñîàâò.
[120] ñ ïðèìåíåíèåì XPS è TPD. Ôîòîýëåêòðîííûå
è òåðìîäåñîðáöèîííûå ñïåêòðû îáíàðóæèâàþò ÷å-
òûðå ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèÿ àäñîðáèðîâàííûõ ÷àñòèö:
ïîëèñëîéíàÿ êîíäåíñàöèÿ (òåìïåðàòóðà äåñîðáöèè
Òd = 30 Ê), ôèçè÷åñêàÿ àäñîðáöèÿ (Òd = 45 Ê), ìîëå-
êóëÿðíàÿ õåìîñîðáöèÿ (Òd = 750 Ê). Ôèçàäñîðáöèÿ
ñëóæèò ïðåäñîñòîÿíèåì äëÿ ìîëåêóëÿðíîé õåìî-
ñîðáöèè, à ïîñëåäíÿÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, — ïðåäñî-
ñòîÿíèåì äëÿ àòîìàðíîé õåìîñîðáöèè. Ïîëîæåíèå
ïèêà Î1s â ñïåêòðå ôèçàäñîðáèðîâàííîãî êèñëîðî-
äà áëèçêî ê òàêîâîìó äëÿ ãàçîâîé ôàçû.
Òà æå àäñîðáöèîííàÿ ñèñòåìà Î2/Pt(111) ìåòî-
äàìè XPS è UPS èññëåäîâàíà Ðàíêå [121]. Â ýòîé
ðàáîòå òàêæå ïîêàçàíî, ÷òî ïðè 20 Ê êèñëîðîä
ôèçàäñîðáèðóåòñÿ â ìîëåêóëÿðíîé ôîðìå. Âñëåäñò-
âèå ïðîãðåâà ïîäëîæêè äî 90 Ê ôîòîýëåêòðîííûé
ñïåêòð òðàíñôîðìèðóåòñÿ, ñâèäåòåëüñòâóÿ î ìî-
ëåêóëÿðíîé õåìîñîðáöèè â âèäå O2
� èëè O2
2� (ñîîò-
âåòñòâåííî ñóïåðîêñî è ïåðîêñî êîíôèãóðàöèè).
Ïîäîáíûå ñîñòîÿíèÿ ìîëåêóë êèñëîðîäà, àäñîðáè-
ðîâàííûõ íà ïëàòèíå, èäåíòèôèöèðîâàíû ïóòåì
ðàñ÷åòîâ èç ïåðâûõ ïðèíöèïîâ â ïðèáëèæåíèè ëî-
êàëüíîé ñïèíîâîé ïëîòíîñòè [122].  îáùèõ ÷åðòàõ
ðåçóëüòàòû ðàáîòû [121] ñîãëàñóþòñÿ ñ ïîëó÷åííû-
ìè ìåòîäîì TPD â ðàáîòå [110].
Ñïåêòðîñêîïèÿ õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ ïîòåðü ýíåð-
ãèè ýëåêòðîíîâ âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ (HREELS)
áûëà èñïîëüçîâàíà äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñîñòîÿíèÿ àä-
ñîðáèðîâàííîãî êèñëîðîäà ïðè Òs � 20 Ê íà ïîâåðõ-
íîñòÿõ Ni(111) [123] è Nb(110) [124]. Ýòà ðàçíî-
âèäíîñòü ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè ÷ðåçâû÷àéíî
ýôôåêòèâíà äëÿ èäåíòèôèêàöèè ôèçàäñîðáèðîâàí-
íûõ ìîëåêóë ïî ñîîòâåòñòâóþùèì õàðàêòåðèñòè÷å-
ñêèì ïîòåðÿì ýíåðãèè íà âîçáóæäåíèå âíóòðèìîëå-
êóëÿðíûõ êîëåáàíèé. Â ðàáîòå Áåêêåðëe è ñîàâò.
[123] ñäåëàíà ïîïûòêà îáíàðóæèòü ìîëåêóëû Î2 â
ïðåäñîñòîÿíèè ïðè Ts � 8 Ê â ïðåäåëå íóëåâûõ ïî-
êðûòèé. Îäíàêî ýòà ïîïûòêà íå óäàëàñü, ïî-âèäè-
ìîìó, èç-çà î÷åíü ìàëîãî âðåìåíè æèçíè ìîëåêóë â
ïðåäñîñòîÿíèè è î÷åíü ìàëîé èõ êîíöåíòðàöèè.
 ðàáîòå Ôðàí÷è è ñîàâò. [124] óñòàíîâëåíî, ÷òî
ïðè Ts � 20 Ê ïðè ìàëûõ ýêñïîçèöèÿõ êèñëîðîä íà
ïîâåðõíîñòè Nb(110) õåìîñîðáèðóåòñÿ äèññîöèà-
òèâíî, ÷òî àâòîðû àññîöèèðóþò ñ îáðàçîâàíèåì
îêèñëà NbO. Ïðè áîëüøèõ ýêñïîçèöèÿõ ïîâåðõ õå-
ìîñîðáèðîâàííîãî àòîìàðíîãî ìîíîñëîÿ ôîðìèðó-
åòñÿ ôèçàäñîðáèðîâàííûé ìîëåêóëÿðíûé, ïîäîáíî
òîìó, êàê ýòî ïðîèñõîäèò íà ïîâåðõíîñòè âîëüôðà-
ìà (ñì. âûøå).
Ìåòîä HREELS òàêæå ïðèìåíÿëñÿ äëÿ èññëåäî-
âàíèÿ ðåçîíàíñíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ñëîåì êè-
ñëîðîäà, ôèçàäñîðáèðîâàííûì íà ïîâåðõíîñòè ñå-
ðåáðà, â ðàáîòàõ Òàíãà è ñîàâò. [125], à òàêæå
Ëàêîìáà è ñîàâò. [126].  ÷àñòíîñòè, â ðàáîòå [126]
ïîêàçàíî, ÷òî óãëîâîå ðàñïðåäåëåíèå ðàññåÿííûõ
ýëåêòðîíîâ èçìåíÿåòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò ìîíîñëîé-
íîãî ê ìóëüòèñëîéíîìó ïîêðûòèþ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì ðàçíîé îðèåíòàöèè ìîëåêóë â ìîíî- è
ìóëüòèñëîéíîì ðåæèìàõ.
Åùå îäíà ðàçíîâèäíîñòü ýëåêòðîííîé ñïåêòðî-
ñêîïèè — òðàíñìèññèîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ — áûëà
ïðèìåíåíà â ðàáîòå Øaéåãàíà è ñîàâò. [127] äëÿ èñ-
ñëåäîâàíèÿ ñîñòîÿíèÿ àä÷àñòèö ïðè àäñîðáöèè êè-
ñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè Ni(111) ïðè Ts � 5,5 Ê. Ïðè
èçìåðåíèè âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè â òîðìî-
çÿùåì ïîëå â îáëàñòè íàñûùåíèÿ íàáëþäàþòñÿ êî-
ëåáàíèÿ òîêà, õàðàêòåðèçóþùèå ñîñòîÿíèå àäñîðáè-
ðîâàííîãî ñëîÿ [128]. Ôîðìà ñïåêòðà, ïîëó÷åííàÿ â
30 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
550 540 530 520
E , ýÂñ
î
òí
. å
ä
I,
Ðèñ. 31. Ôîòîýëåêòðîííûé ñïåêòð àäñîðáèðîâàííîãî êè-
ñëîðîäà [109]. Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ — íàñûùåííûé ñëîé
ïðè 26 Ê; øòðèõîâàÿ — ïðîãðåòûé äî 36 Ê; ïóíêòèðíàÿ
— ïðîãðåòûé äî 90 Ê; øòðèõ-ïóíêòèðíàÿ — ÷èñòûé W.
[127], ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî íà ïîâåðõíîñòè
ôèçàäñîðáèðîâàíû ìîëåêóëû Î2. Ïðîãðåâ îáðàçöà
ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ õåìîñîðáöèîííîãî ñîñòîÿ-
íèÿ, ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ýòîãî ïðîöåññà � 13 ìýÂ.
Íà ïåðâûé âçãëÿä, ðåçóëüòàòû ðàáîò [127] è [119],
â êîòîðûõ èññëåäîâàëàñü íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àä-
ñîðáöèÿ êèñëîðîäà íà íèêåëå, íàõîäÿòñÿ â ïðîòèâî-
ðå÷èè: â ðàáîòå [119] íàáëþäàëàñü äèññîöèàòèâíàÿ
õåìîñîðáöèÿ êèñëîðîäà. Ñëåäóåò îäíàêî ó÷åñòü, ÷òî
â ðàáîòàõ [127] è [119] èññëåäîâàëèñü ðàçíûå ãðàíè
ìîíîêðèñòàëëà íèêåëÿ, à, êðîìå òîãî, â [119] òåì-
ïåðàòóðà îáðàçöà áûëà ñóùåñòâåííî âûøå (20 Ê
âìåñòî 5,5 Ê), ÷åì â [127]. Âïîëíå âîçìîæíî, ÷òî
òåìïåðàòóðà 20 Ê ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íîé äëÿ ïðåîäî-
ëåíèÿ íåçíà÷èòåëüíîãî àêòèâàöèîííîãî áàðüåðà ìå-
æäó ñîñòîÿíèÿìè ôèçàäñîðáöèè è õåìîñîðáöèè.
Âàæíàÿ èíôîðìàöèÿ î ñîñòîÿíèè àäñîðáèðîâàí-
íîãî êèñëîðîäà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà ìåòîäîì
NEXAFS. Òàêèå ýêñïåðèìåíòû ñ èñïîëüçîâàíèåì
ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ àäñîðáöèîííîé ñèñ-
òåìû O2/Pt(111) ïðè Ts � 17 Ê îïèñàíû â ðàáîòå
Âóðñà è ñîàâò. [129]. Ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè
Òs < 30 Ê ñïåêòð NEÕAFS è ñîîòâåòñòâåííî âíóòðè-
ìîëåêóëÿðíàÿ ñòðóêòóðà àäñîðáèðîâàííîãî êèñëîðî-
äà ïî÷òè íåîòëè÷èìû îò âàíäåðâààëüñîâî ñâÿçàííîãî
òâåðäîãî êèñëîðîäà, è ýòî ñîñòîÿíèå ôèçè÷åñêîé àä-
ñîðáöèè ñ âàíäåðâààëüñîâîé ñâÿçüþ. Ïðè ïîâûøå-
íèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè äî 80 Ê ïðîèñõîäèò
êîíâåðñèÿ â õåìîñîðáöèîííîå ìîëåêóëÿðíîå ñîñòîÿ-
íèå, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò òðàíñôîðìàöèÿ ñïåêòðà
NEXAFS. Èç-çà âîâëå÷åíèÿ %*-îðáèòàëè, ïåðïåíäè-
êóëÿðíîé ïîâåðõíîñòè, â õåìîñîðöèîííóþ ñâÿçü,
ñîîòâåòñòâóþùèé ðåçîíàíñ îñëàáëåí è ðàñøèðåí, à
%*-îðáèòàëü, ïàðàëëåëüíàÿ ïîâåðõíîñòè, îñòàåòñÿ
íåâîçìóùåííîé. Ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì,
÷òî êàê â ôèçàäñîðáöèîííîì, òàê è â õåìîñîðáöèîí-
íîì ñîñòîÿíèÿõ îñü ìîëåêóëû Î2 îðèåíòèðîâàíà ïà-
ðàëëåëüíî ïîâåðõíîñòè. Ïåðåõîä ê ñîñòîÿíèþ õåìî-
ñîðáöèè ïðèâîäèò òàêæå ê èçìåíåíèþ ìàãíèòíûõ
ñâîéñòâ ìîëåêóëû Î2, ÷òî ïðîÿâëÿåòñÿ â îáìåííîì
ðàñùåïëåíèè �*-ðåçîíàíñà. Òàêèì îáðàçîì, â ñëó-
÷àå íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè êèñëîðîäà íà
ïëàòèíå íå ïðîèñõîäèò äèññîöèàöèè ìîëåêóë Î2,
êàê ýòî èìååò ìåñòî â ñëó÷àå àäñîðáöèè íà âîëüô-
ðàìå.
4.1.2.4. Àäñîðáöèÿ êèñëîðîäà è ðàññåÿíèå ýëåê-
òðîíîâ ïðîâîäèìîñòè.  ðàáîòàõ Ïàí÷åíêî è ñîàâò.
ìåòîä ñòàòè÷åñêîãî ñêèí-ýôôåêòà, íàðÿäó ñ èñïîëü-
çîâàíèåì äëÿ èññëåäîâàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àä-
ñîðáöèè âîäîðîäà (ðàçä. 3.1.3.), ïðèìåíÿëñÿ òàêæå
äëÿ èññëåäîâàíèÿ àäñîðáöèè êèñëîðîäà [23,25,75,
76,130]. Â ðàáîòå [23] ïîêàçàíî, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå
òîíêèõ (� 0,1 ìì) ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèí
âîëüôðàìà è ìîëèáäåíà ñ ïîâåðõíîñòÿìè (110) â
ñèëüíîì ìàãíèòíîì ïîëå, ïàðàëëåëüíîì ïîâåðõíî-
ñòè, àíîìàëüíî ÷óâñòâèòåëüíî ê àäñîðáöèè
êèñëîðîäà. Îñàæäåíèå íåóïîðÿäî÷åííîãî ìîíîñëîÿ
êèñëîðîäà âäâîå óâåëè÷èâàåò ìàãíèòîñîïðîòèâëå-
íèå. Â ðàáîòàõ [75,76] óñòàíîâëåíî, ÷òî ýôôåêò çà-
âèñèò îò êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèè ïîâåðõ-
íîñòè ïëàñòèíû, è äëÿ ïëàñòèíû ñ ïîâåðõíîñòüþ
(100) ñîïðîòèâëåíèå ïî÷òè íå èçìåíÿåòñÿ. Â [75,76]
ïðåäëîæåíà èíòåðïðåòàöèÿ òàêîãî ðàçëè÷èÿ ïîâåäå-
íèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèí ñ ïîâåðõíîñòÿìè (110)
è (100), îñíîâàííàÿ íà ó÷åòå ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ
ïåðåáðîñîâ ïðè ðàññåÿíèè ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìî-
ñòè ïîâåðõíîñòüþ.
Ñîâìåñòíîå èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà ñòàòè÷åñêîãî
ñêèí-ýôôåêòà è äèôðàêöèè ìåäëåííûõ ýëåêòðîíîâ
â îäíîì ýêñïåðèìåíòàëüíîì ïðèáîðå [25,130] ïîçâî-
ëèëî óñòàíîâèòü ÷åòêóþ êîððåëÿöèþ ìåæäó ñîïðî-
òèâëåíèåì ïëàñòèíû è ñòðóêòóðîé àäñîðáèðîâàííî-
ãî ñëîÿ êèñëîðîäà, óïîðÿäî÷åííîãî ïóòåì îòæèãà.
Íà ðèñ. 32 [25] ïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü ìàãíè-
òîñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû âîëüôðàìà ñ ïîâåðõ-
íîñòüþ (110) îò âðåìåíè àäñîðáöèè êèñëîðîäà,
âåðòèêàëüíûå ëèíèè îãðàíè÷èâàþò èíòåðâàëû ñó-
ùåñòâîâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòðóêòóð àäñëîÿ.
Âèäíî, ÷òî ðåçêèé ìèíèìóì ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ
äîñòèãàåòñÿ ïðè ìàêñèìàëüíîì ðàçâèòèè ñòðóêòóðû
ð(2�1), à ïðè ôîðìèðîâàíèè ñòðóêòóðû (2�2) ìàã-
íèòîñîïðîòèâëåíèå ñíîâà âîçðàñòàåò. Àíàëèç ýëåê-
òðîííûõ ïåðåõîäîâ ïðè ðàññåÿíèè îò ñîîòâåòñò-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 31
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
(2 1)× ×(2 2)
0 5 10 15
t, ìèí
0,48
1
2
·
·
Î
ì
ñ
ì
!
1
0
6 ,
O/W(110)
Ðèñ. 32. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ ïëàñòèíû
W(110) îò âðåìåíè ýêñïîçèöèè â êèñëîðîäå [8,25]. � —
àäñîðáöèÿ ïðè Ts = 4,2 Ê; � — îòæèã äî 200 Ê; âåðòè-
êàëüíûå ëèíèè îãðàíè÷èâàþò îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ
ñòðóêòóð, ïîêàçàííûõ íà ðèñóíêå.
âóþùèõ ïîâåðõíîñòíûõ ñòðóêòóð îáúÿñíÿåò
çåðêàëüíûé õàðàêòåð ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ äëÿ
ñòðóêòóðû ð(2�1) è äèôôóçíûé äëÿ (2�2).
Ñóùåñòâåííî èíàÿ ñèòóàöèÿ èìååò ìåñòî ïðè àä-
ñîðáöèè êèñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè Ìî(110) [131].
Íà ýòîé ïîâåðõíîñòè íå îáðàçóåòñÿ ñòðóêòóðà
ð(2�1), ïîýòîìó íà çàâèñèìîñòè ìàãíèòîñîïðîòèâëå-
íèÿ îò âðåìåíè àäñîðáöèè êèñëîðîäà íåò ðåçêîãî
ìèíèìóìà, ïîäîáíîãî íàáëþäàâøåìóñÿ íà ïîâåðõ-
íîñòè W(110). Òàêèì îáðàçîì, êàê è â ñëó÷àå àä-
ñîðáöèè âîäîðîäà (ðàçä. 3.1.3.), ìåòîä ñòàòè÷åñêîãî
ñêèí-ýôôåêòà ìîæåò ñëóæèòü íåðàçðóøàþùèì èí-
äèêàòîðîì ñòðóêòóðû àäñëîÿ êèñëîðîäà.
4.2. Îêèñü óãëåðîäà, àçîò
Èññëåäîâàíèå íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè
îêèñè óãëåðîäà è àçîòà ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ â àñ-
ïåêòå âûÿñíåíèÿ ìåõàíèçìà èõ àäñîðáöèè è ó÷àñòèÿ
â âàæíûõ êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññàõ (â ÷àñòíîñòè,
ðîëè ïðåäàäñîðáöèîííîãî ñîñòîÿíèÿ), íàïðèìåð,
îêèñëåíèÿ ÑÎ â àâòîìîáèëüíûõ âûõëîïàõ èëè ñèí-
òåçà àììèàêà, à òàêæå êàê íà÷àëüíîé ñòàäèè ðîñòà
êðèîêðèñòàëëîâ. Íàì èçâåñòíî ëèøü íåáîëüøîå êî-
ëè÷åñòâî ðàáîò, ïîñâÿùåííûõ íèçêîòåìïåðàòóðíîé
àäñîðáöèè ýòèõ ãàçîâ, ïîýòîìó ýòîò ðàçäåë ñòàòüè
áóäåò âåñüìà êðàòêèì.
4.2.1. Îêèñü óãëåðîäà
Êîñíåìñÿ íåñêîëüêèõ èçâåñòíûõ íàì ðàáîò, ïî-
ñâÿùåííûõ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè îêèñè
óãëåðîäà. Â ðàáîòå Ëåóíãà, Âàññà è Ãîìåðà [132]
èçó÷àëîñü âëèÿíèå àäñîðáöèè ÑÎ ïðè Ts � 20 Ê íà
ïîâåðõíîñòè W(110) íà ðàáîòó âûõîäà è ýëåêòðîí-
íî-ñòèìóëèðîâàííàÿ äåñîðáöèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî ðà-
áîòà âûõîäà âîçðàñòàåò íà 0,6 ýÂ è èç òàêîãî àäñëîÿ
ïðîèñõîäèò ýëåêòðîííî-ñòèìóëèðîâàííàÿ äåñîðá-
öèÿ èîíîâ ÑÎ+.
 ðàáîòå Íîðòîíà è ñîàâò. [133] ìåòîäîì ôîòî-
ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè èçó÷àëàñü àäñîðáöèÿ
ÑÎ íà ïîâåðõíîñòè áëàãîðîäíûõ ìåòàëëîâ ìåäè
è çîëîòà ïðè Ts � 20 Ê. Ñïåêòðû ôèçàäñîðáèðî-
âàííîé ÑÎ äåìîíñòðèðóþò ëèøü íåçíà÷èòåëüíîå
ðàñøèðåíèå è ñìåùåíèå óðîâíåé 5�, 1% è 4� ïî
ñðàâíåíèþ ñ ãàçîâîé ôàçîé. Âñëåäñòâèå ïðîãðåâà
ïîäëîæêè äî 30 Ê ïðîèñõîäèò êîíâåðñèÿ ôèçàä-
ñîðáöèîííîãî ñîñòîÿíèÿ â õåìîñîðáöèîííîå, ÷òî ãî-
âîðèò îá î÷åíü ìàëîé ýíåðãèè àêòèâàöèè ýòîãî ïðî-
öåññà.
Ðåçîíàíñíîå ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ îò ïîâåðõíî-
ñòè ñåðåáðà, ïîêðûòîé ïðè 20 Ê àäñîðáèðîâàííûì
ñëîåì ÑÎ, èçó÷åíî â ðàáîòå Äåìóñà è ñîàâò. [134].
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ÷àñòîòà âíóòðèìîëåêóëÿðíûõ êî-
ëåáàíèé ìàëî îòëè÷àåòñÿ îò òàêîâîé äëÿ ãàçîâîé
ôàçû. Ïîêàçàíî òàêæå, ÷òî ðàçëè÷èÿ â ýëåêòðîííûõ
ñïåêòðàõ àäñîðáèðîâàííîé è êîíäåíñèðîâàííîé ôàç
ÑÎ ïîçâîëÿþò ðàçãðàíè÷èòü ìîíî- è ìóëüòèñëîé-
íûå ðåæèìû îñàæäåíèÿ.
Àäñîðáöèÿ ÑÎ íà ïîâåðõíîñòè Ni(100) ïðè
Ts � 20 Ê èññëåäîâàíà â ðàáîòå ßêîáè è ñîàâò. [119]
ìåòîäîì UPS. Àâòîðû íàøëè, ÷òî íà ýòîé ïîâåðõíî-
ñòè ÑÎ õåìîñîðáèðóåòñÿ â ïåðâîì ñëîå. Ýòî ñâè-
äåòåëüñòâóåò î ìàëîé âåëè÷èíå ýíåðãèè àêòèâàöèè
õåìîñîðáöèè.  ðàáîòå [119] òàêæå ïîëó÷åíû ñâåäå-
íèÿ î çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðèëèïàíèÿ ÑÎ
îò ïîêðûòèÿ è óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî äî ïîêðûòèÿ � =
= 0,9 êîýôôèöèåíò ïðèëèïàíèÿ ïîñòîÿíåí. Ïîñëåä-
íèé ðåçóëüòàò óêàçûâàåò íà î÷åíü âûñîêóþ ïîäâèæ-
íîñòü ìîëåêóëû ÑÎ, êîòîðàÿ çà ýòîò ñ÷åò ëåãêî íà-
õîäèò ñâîáîäíûé àäñîðáöèîííûé öåíòð (àäñîðáöèÿ
÷åðåç âíåøíåå ïðåäñîñòîÿíèå).
 ðàáîòå Øàåãàíà è ñîàâò. [135] äëÿ èññëåäîâà-
íèÿ àäñîðáöèè ÑÎ íà ïîâåðõíîñòè Ni(111) ïðè Ts �
= 5,5 Ê ïðèìåíåí ìåòîä òðàíñìèññèîííîé ýëåêòðîí-
íîé ñïåêòðîñêîïèè. Ïîäàâëåíèå ýëåêòðîííîãî òîêà
â îáëàñòè íàñûùåíèÿ âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòè-
êè ñëóæèò ñâèäåòåëüñòâîì îáðàçîâàíèÿ ôèçàäñîðáè-
ðîâàííîãî ñëîÿ [128]. Â [135] îáðàùàåòñÿ âíèìàíèå
íà òî, ÷òî ôèçàäñîðáèðîâàííàÿ ÑÎ ïðèñóòñòâóåò
ïðè Ts � 5,5 Ê è â îáëàñòè ñóáìîíîñëîéíûõ ïîêðû-
òèé. Ýòîò âûâîä ïðîòèâîïîëîæåí âûâîäàì ðàáîòû
[119], îäíàêî íåîáõîäèìî ó÷åñòü, ÷òî â [119] òåì-
ïåðàòóðà áûëà çíà÷èòåëüíî âûøå. Êðîìå òîãî, ïî-
âåðõíîñòü Ni(100) â [119] áîëåå ðûõëàÿ, ÷åì
Ni(111) â [135], ÷òî ñïîñîáñòâóåò îáðàçîâàíèþ õå-
ìîñîðáöèîííîé ñâÿçè.
Êàâàè è Éîøèíîáó èññëåäîâàëè íèçêîòåìïåðà-
òóðíóþ (Òs � 20 Ê) àäñîðáöèþ ÑÎ íà ïîâåðõíîñòè
Pt(111) è Ni(100) ìåòîäîì èíôðàêðàñíîé ñïåêòðî-
ñêîïèè [136,137]. Ñðàâíèâàÿ èíòåíñèâíîñòè ðàç-
ëè÷íûõ ïèêîâ â ñïåêòðàõ, àâòîðû [136,137] îïðå-
äåëÿëè ñîîòíîøåíèå çàñåëåííîñòåé àäñîðáöèîííûõ
ìåñò (öåíòðîâ) ðàçíîãî ñîðòà íà ðàçíûõ ýòàïàõ àä-
ñîðáöèîííîãî ïðîöåññà è ïðèøëè ê çàêëþ÷åíèþ,
÷òî â óñëîâèÿõ ïîäàâëåííîé ïîâåðõíîñòíîé ìèãðà-
öèè ìîëåêóë ÑÎ (èç-çà íèçêîé Òs) ïðîèñõîäèò íå
òîëüêî ïðÿìàÿ àäñîðáöèÿ íà ýíåðãåòè÷åñêè âûãîä-
íîì ìåñòå, íî è ñòèìóëèðîâàííîå çàïîëíåíèå ñîñåä-
íèõ àäñîðáöèîííûõ ìåñò ïðè ñîóäàðåíèè ïàäàþùåé
ìîëåêóëû ñ ðàíåå àäñîðáèðîâàííîé.
Çàêàí÷èâàÿ îáçîð ðàáîò ïî íèçêîòåìïåðàòóðíîé
àäñîðáöèè ÑÎ, óêàæåì íà ðàáîòó Ñàóòå è ñîàâò.
[138], â êîòîðîé ìåòîäîì STM ïðè Ts � 25 Ê íàáëþ-
äàëè îòäåëüíûå ìîëåêóëû ÑÎ íà ïîâåðõíîñòè
Pd(111), àäñîðáèðîâàííûå íà ìåñòàõ ðàçíîãî ñîðòà.
Íà ðèñ. 33 ïîêàçàíî SÒÌ èçîáðàæåíèå îòäåëüíûõ
ìîëåêóë ÑÎ. Ìîëåêóëû âèäíû êàê âûñòóïû íàä ïî-
âåðõíîñòüþ âûñîòîé � 0,25 è � 0,15 Å, ÷òî óêàçûâà-
åò íà èõ àäñîðáöèþ íà ìåñòàõ äâóõ ðàçíûõ òèïîâ.
32 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
Òåîðåòè÷åñêèå ðàñ÷åòû ïîëíîé ýíåðãèè â ïðèáëèæå-
íèè ôóíêöèîíàëà ïëîòíîñòè ïîäòâåðæäàþò òàêóþ
èíòåðïðåòàöèþ.
4.2.2. Àçîò
Èññëåäîâàíèþ àäñîðáöèè àçîòà íà ïîâåðõíîñòè
ìåòàëëà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (Òs � 20 Ê) ïîñâÿ-
ùåíî íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî èçâåñòíûõ íàì ðàáîò
[84,119,134,139–142]. Â îñíîâíîì ýòî ðàáîòû ñ ïðè-
ìåíåíèåì ýëåêòðîííî-ñïåêòðîñêîïè÷åñêèõ ìåòîäîâ.
 ðàáîòå Ãðóíöå è ñîàâò. [139] ìåòîäîì XPS íàáëþ-
äàëè çíà÷èòåëüíîå îòëè÷èå ñïåêòðîâ N(1s) äëÿ àçî-
òà, õåìîñîðáèðîâàííîãî è ôèçàäñîðáèðîâàííîãî íà
ïîâåðõíîñòè Ni(100), Re(0001) è W(100), è ïîäî-
áèå ñïåêòðîâ ôèçàäñîðáèðîâàííîãî àçîòà è àçîòà â
ãàçîâîé ôàçå. Ïîïûòêà çàôèêñèðîâàòü ìîëåêóëû
àçîòà â ñîáñòâåííîì ïðåäñîñòîÿíèè íàä ÷èñòîé ïî-
âåðõíîñòüþ íå óäàëàñü, ÷òî, ñêîðåå âñåãî, ñâÿçàíî ñ
î÷åíü áûñòðîé êîíâåðñèåé ìîëåêóëû N2 èç ñîáñòâåí-
íîãî ïðåäñîñòîÿíèÿ â ñîñòîÿíèå õåìîñîðáöèè. Åñëè
ýòî òàê, òî àêòèâàöèîííûé áàðüåð äëÿ ïåðåõîäà â ñî-
ñòîÿíèå õåìîñîðáöèè î÷åíü ìàë (� 30 ìýÂ).
 ðàáîòå ßêîáè è ñîàâò. [119] äëÿ èññëåäîâàíèÿ
àäñîðáöèè àçîòà íà ïîâåðõíîñòè Ni(100) ïðè Ts �
= 20 Ê èñïîëüçîâàí ìåòîä UPS ñ óãëîâûì ðàçðåøå-
íèåì. Â ñóáìîíîñëîéíîé îáëàñòè ïîêðûòèé â îñíîâ-
íîì ôèêñèðóþòñÿ õåìîñîðáèðîâàííûå ìîëåêóëû
N2, õîòÿ èìååòñÿ ïðèìåñü ôèçàäñîðáèðîâàííûõ.
Ïðè óâåëè÷åíèè ýêñïîçèöèè îáðàçóåòñÿ ñëîé ôèçàä-
ñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë. Ïîëîæåíèÿ ïèêîâ âàëåíò-
íûõ óðîâíåé ñäâèíóòû íà âåëè÷èíó èçìåíåíèÿ ðàáî-
òû âûõîäà âñëåäñòâèå àäñîðáöèè ïåðâîãî ìîíîñëîÿ.
Èç ôàêòà íàëè÷èÿ õåìîñîðáöèè ïðè 20 Ê, êàê è â
ðàáîòå [139], àâòîðû [119] çàêëþ÷àþò, ÷òî ýíåðãèÿ
àêòèâàöèè õåìîñîðáöèè N2 íà Ni(100) î÷åíü ìàëà.
Øìåéññåð è ñîàâò. [140] ïðèìåíèëè ìåòîä UPS
äëÿ èññëåäîâàíèÿ àäñîðáöèè àçîòà íà ïîâåðõíîñòè
íèêåëåâûõ ïëåíîê ïðè Ts � 7 Ê. Ôîòîýëåêòðîííûé
ñïåêòð èìååò ïðèçíàêè, õàðàêòåðíûå äëÿ ôèçàäñîð-
áèðîâàííûõ ìîëåêóë N2. Èç îòíîñèòåëüíûõ èíòåí-
ñèâíîñòåé ïèêîâ 4�-, 1%- è 5�- óðîâíåé è ñëàáîâûðà-
æåííîãî ðàñùåïëåíèÿ 1%-óðîâíÿ àâòîðû ñäåëàëè
çàêëþ÷åíèå î òîì, ÷òî ìîëåêóëû îðèåíòèðîâàíû íå
ñëó÷àéíûì îáðàçîì, êàê â ãàçå, à èõ îñè ïàðàëëåëü-
íû ïîâåðõíîñòè.
 íåñêîëüêèõ ðàáîòàõ àäñîðáöèÿ àçîòà íà ïî-
âåðõíîñòè ñåðåáðà èññëåäîâàíà ïðè íèçêèõ Òs ýëåê-
òðîííî-ñïåêòðîñêîïè÷åñêèìè ìåòîäàìè.  ðàáîòå
Ãðóéòåðñà è ßêîáè [84] íàáëþäàëîñü èíòåíñèâíîå
íåóïðóãîå ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ íà ïîâåðõíîñòè
Ag(111) çà ñ÷åò âîçáóæäåíèÿ êîëåáàòåëüíûõ è âðà-
ùàòåëüíûõ ìîä â ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóëàõ
àçîòà. Ïåðåêðûòèå êîëåáàòåëüíûõ è âðàùàòåëüíûõ
ìîä â ñëó÷àå àçîòà ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ áåñ-
ñòðóêòóðíûõ íåóïðóãèõ õâîñòîâ âàëåíòíûõ êîëåáà-
íèé è èõ îáåðòîíîâ. Èññëåäîâàíà òàêæå êîàäñîðá-
öèÿ àçîòà è âîäîðîäà.
 ðàáîòå Äåìóñà è ñîàâò. [134], êàê è â ðàáîòå
[84], èññëåäîâàíî ðåçîíàíñíîå íåóïðóãîå ðàññåÿíèå
ýëåêòðîíîâ îò ñëîÿ ìîëåêóë àçîòà, ôèçàäñîðáè-
ðîâàííûõ íà ïîâåðõíîñòè ïëåíêè ñåðåáðà. Ýòî ðàñ-
ñåÿíèå ñâÿçàíî ñ îáðàçîâàíèåì êîðîòêîæèâóùå-
ãî ñîñòîÿíèÿ îòðèöàòåëüíîãî èîíà (âðåìÿ æèçíè
� 10–14 ñ). Íàëåòàþùèé ýëåêòðîí ðåçîíàíñíîé ýíåð-
ãèè çàõâàòûâàåòñÿ, è ïîñëå ðàñïàäà ýòîãî ñîñòîÿíèÿ
îñòàåòñÿ êîëåáàòåëüíî âîçáóæäåííàÿ ìîëåêóëà N2.
Âèáðàöèîííàÿ ÷àñòîòà íåçíà÷èòåëüíî îòëè÷àåòñÿ
îò òàêîâîé äëÿ ãàçîâîé ôàçû. Íåêîòîðûå îòëè÷èÿ
â ñïåêòðå âîçáóæäåíèÿ ïîçâîëÿþò ðàçëè÷èòü ôèç-
àäñîðáèðîâàííûé ìîíîñëîé è êîíäåíñèðîâàííûé
ìóëüòèñëîé.
 ðàáîòå Áàðòîëó÷÷è è Ôðàí÷è [141] ìåòîäàìè
HREELS, TDS è LEED èññëåäîâàíà àäñîðáöèÿ àçî-
òà íà ïîâåðõíîñòè Ag(110) ïðè Ts � 15 Ê. Íàáëþäà-
ëàñü ñîãëàñîâàííàÿ ñ ïîäëîæêîé óïîðÿäî÷åííàÿ
ñòðóêòóðà â ïåðâîì ìîíîñëîå è íåñîãëàñîâàííàÿ ãåê-
ñàãîíàëüíàÿ â êîíäåíñèðîâàííîì ìóëüòèñëîå. Äëÿ
ìóëüòèñëîÿ íàáëþäàëîñü ðåçîíàíñíîå íåóïðóãîå ðàñ-
ñåÿíèå ýëåêòðîíîâ, âûçâàííîå âîçáóæäåíèåì N–N
ñâÿçè ñ ó÷àñòèåì êîðîòêîæèâóùåãî ñîñòîÿíèÿ îòðè-
öàòåëüíîãî èîíà.
ßêîáè è ñîàâò. [142] èçó÷àëè ðåçîíàíñíîå îòðè-
öàòåëüíî-èîííîå ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ îò ìîíîñëî-
åâ N2, àäñîðáèðîâàííûõ ïðè Ts � 20 Ê íà ïîâåðõíî-
ñòè Al(111). Âàëåíòíûå êîëåáàíèÿ âîçáóæäàþòñÿ
ðåçîíàíñíûì ðàññåÿíèåì ýëåêòðîíîâ ñ îáðàçîâàíè-
åì êîðîòêîæèâóùåãî ñîñòîÿíèÿ îòðèöàòåëüíîãî
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 33
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
Ðèñ. 33. STM èçîáðàæåíèå ÑÎ íà Pd(111) ïðè 25 Ê [138].
èîíà. Êðîìå òîãî, àâòîðû [142] íàáëþäàëè ïîäàâëå-
íèå ìîäû âàëåíòíûõ êîëåáàíèé N2 ïðè êîàäñîðáöèè
0,16 ìîíîñëîÿ âîäû. Ýòîò ýôôåêò ïðèïèñûâàþò ãà-
øåíèþ îòðèöàòåëüíî-èîííîãî ðåçîíàíñà N2 ìîëåêó-
ëàìè âîäû.
5. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
Ãëàâíîé îñîáåííîñòüþ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àä-
ñîðáöèè ãàçîâ ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå è ñòàöèîíàðíîå
óäåðæàíèå ôèçàäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ ìîëåêóë
(äëÿ ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ — ïîñëå ôîðìèðîâàíèÿ
õåìîñîðáèðîâàííîãî àäñëîÿ, äëÿ áëàãîðîäíûõ — ñ
ñàìîãî íà÷àëà). Ýòî äàåò âîçìîæíîñòü èçó÷àòü ñâîé-
ñòâà ôèçàäñîðáèðîâàííîãî ñëîÿ è ìåõàíèçìû åãî
ôîðìèðîâàíèÿ.
Íàèáîëåå ðàçíîîáðàçíûå è èíòåðåñíûå ýôôåêòû
íàáëþäàëèñü ïðè àäñîðáöèè âîäîðîäà. Ðàçëè÷èå
êâàíòîâûõ ñâîéñòâ (óðîâíåé íóëåâûõ êîëåáàíèé)
ìîëåêóë H2 è D2 îáóñëîâëèâàåò ïðîÿâëåíèå ðàçëè÷-
íûõ èçîòîïíûõ ýôôåêòîâ, â ÷àñòíîñòè, â êèíåòèêå
àäñîðáöèîííî-äåñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ íà ïîâåðõ-
íîñòÿõ W è Mo. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ñâÿçàíî ñ
î÷åíü âûñîêîé ïîäâèæíîñòüþ ìîëåêóë Í2 è âîçìîæ-
íîñòüþ îáðàçîâàíèÿ êëàñòåðîâ èëè îñòðîâêîâ 2D
êîíäåíñàòà. Âîçìîæíî, ÷òî àíîìàëüíî âûñîêîé ïîä-
âèæíîñòüþ ìîëåêóë Í2 âûçâàíî «êàòàñòðîôè÷å-
ñêîå» ïàäåíèå âåðîÿòíîñòè ïðèëèïàíèÿ â îáëàñòè
çàâåðøåíèÿ ôîðìèðîâàíèÿ àòîìàðíîé ôàçû àäñîðá-
öèè íà Ìî(110). Ìû íå èñêëþ÷àåì âîçìîæíîñòè
ó÷àñòèÿ êâàíòîâîé òóííåëüíîé äèôôóçèè â ýòîì
ïðîöåññå, è äëÿ ïðîâåðêè ýòîãî ñëåäóåò ïîíèçèòü
òåìïåðàòóðó ïîäëîæêè äî � 3 Ê. Çàñëóæèâàåò óïî-
ìèíàíèÿ ñèëüíûé èçîòîïíûé ýôôåêò â ýëåêòðîí-
íî-ñòèìóëèðîâàííîì ðàçóïîðÿäî÷åíèè àäñëîÿ. Èñ-
ñëåäîâàíèå êèíåòèêè àäñîðáöèè äàëî ñóùåñòâåííûå
ñâåäåíèÿ î ðîëè ïðåäàäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé
è õàðàêòåðå ïîòåíöèàëà âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêó-
ëà–ïîâåðõíîñòü.
Ìíîãî öåííîé èíôîðìàöèè ïîëó÷åíî ïðè èññëå-
äîâàíèè àäñîðáöèè âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòè áëàãî-
ðîäíûõ ìåòàëëîâ ñ ïðèìåíåíèåì ìîíîýíåðãåòè÷å-
ñêèõ ìîëåêóëÿðíûõ ïó÷êîâ è ìåòîäîâ ýëåêòðîííîé
ñïåêòðîñêîïèè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî êîëåáàòåëüíî-âðà-
ùàòåëüíûå ñâîéñòâà ôèçàäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë
ïîäîáíû ñâîéñòâàì ìîëåêóë â ãàçîâîé ôàçå. Èç ýêñ-
ïåðèìåíòîâ è òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ñäåëàí âûâîä
î íåñîñòîÿòåëüíîñòè êëàññè÷åñêîé ìîäåëè è íåîáõî-
äèìîñòè ïðèìåíåíèÿ êâàíòîâîé ìîäåëè ïðèëèïà-
íèÿ, ó÷èòûâàþùåé íåóïðóãîå âçàèìîäåéñòâèå ìî-
ëåêóë ñ ïîâåðõíîñòüþ ñ âîçáóæäåíèåì ôîíîíîâ.
Ðàñêðûòû òîíêèå ìåõàíèçìû ïðèëèïàíèÿ ñ ó÷àñòè-
åì çàõâàòà ìîëåêóëû â êâàçèñâÿçàííîå àäñîðáöè-
îííîå ñîñòîÿíèå ïðè ðåçîíàíñíîì âîçáóæäåíèè
âðàùàòåëüíûõ ñîñòîÿíèé è äèôðàêöèè íà ðåøåòêå
ïîâåðõíîñòíûõ àòîìîâ. Îáíàðóæåíû ñóùåñòâåííûå
îòëè÷èÿ îðòî-ïàðà êîíâåðñèè íà ïëîñêîé è ñòóïåí-
÷àòîé ãðàíÿõ ìîíîêðèñòàëëà. Èíòåðåñåí ýôôåêò
àìîðòèçàöèè, ïðèâîäÿùèé ê óâåëè÷åíèþ êîýôôè-
öèåíòà ïðèëèïàíèÿ ñ ïîêðûòèåì.
Çíà÷èòåëüíî áîëåå ñêóäíû ðåçóëüòàòû èññëåäî-
âàíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé àäñîðáöèè êèñëîðîäà è
îñîáåííî – îêèñè óãëåðîäà è àçîòà. Äëÿ êèñëîðîäà
îïðåäåëåí íàáîð àäñîðáöèîííûõ ñîñòîÿíèé, ðåàëè-
çóåìûõ ïðè Ts � 5 Ê. Íà ïåðåõîäíîì ìåòàëëå â ïî-
ðÿäêå ïîâûøåíèÿ ïîâåðõíîñòíîé êîíöåíòðàöèè ýòî
– àòîìàðíàÿ õåìîñîðáöèÿ, ñëàáàÿ ìîëåêóëÿðíàÿ õå-
ìîñîðáöèÿ, ôèçàäñîðáöèÿ è êîíäåíñàöèÿ. Òàê âû-
ãëÿäèò íà÷àëüíàÿ ñòàäèÿ ðîñòà êðèîêðèñòàëëà êè-
ñëîðîäà. Ïðè èññëåäîâàíèè àäñîðáöèè O2, CO è N2
÷àñòî ïðèìåíÿëñÿ ìåòîä ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðî-
ñêîïèè è îïðåäåëÿëîñü ñîñòîÿíèå àä÷àñòèö (õå-
ìîñîðáöèÿ – ôèçàäñîðáöèÿ), îðèåíòàöèÿ ìîëåêóë
îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè. Ñëåäóåò îòìåòèòü åäè-
íè÷íûå ïîïûòêè íàáëþäåíèÿ â STM àòîìîâ è ìîëå-
êóë, àäñîðáèðîâàííûõ ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå.
Èòàê, ñòîèëî ëè «ëîìàòü êîïüÿ» â áîðüáå ñ òðóä-
íîñòÿìè àäñîðáöèîííîãî ýêñïåðèìåíòà ïðè íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ? Ñóäèòü îá ýòîì ÷èòàòåëþ, íî àâòîðó
õî÷åòñÿ îòâåòèòü ïîëîæèòåëüíî. Íå ïîíèçèâ òåìïå-
ðàòóðó îáðàçöà, ìû íå ñìîãëè áû îáíàðóæèòü ìíî-
ãèõ òîíêèõ è êðàñèâûõ ýôôåêòîâ, îáîãàùàþùèõ
ïðåäñòàâëåíèÿ î ìåõàíèçìå àäñîðáöèîííûõ ÿâëå-
íèé. Äóìàåòñÿ, ÷òî öåëåñîîáðàçíî ïðîâåäåíèå èñ-
ñëåäîâàíèé ïðè åùå áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ,
îñîáåííî äëÿ âîäîðîäà.
Àâòîð èñêðåííå áëàãîäàðåí Í.Â. Ïåòðîâîé è
Â.Ñ. Ìàíæàðå çà ïîìîùü â ïîäãîòîâêå ðóêîïèñè.
1. K. Christmann, Surf. Sci. Rep. 9, 1 (1988).
2. C.R. Arumainayagam and R.J. Madix, Progr. Surf.
Sci. 38, 1 (1991).
3. K.D. Rendulic, Surf. Sci. 272, 34 (1992).
4. À. Gross, Surf. Sci. Rep. 32, 291 (1998).
5. G.J. Kroes, Progr. Surf. Sci. 60, 1 (1999).
6. Ý. Çåíãóèë, Ôèçèêà ïîâåðõíîñòè, ÷.2, Ìèð, Ìîñêâà
(1990).
7. E. Ilisca, Progr. Surf. Sci. 41, 217 (1992).
8. O.A. Panchenko, P.P. Lutsishin, and S.V. Sologub,
Progr. Surf. Sci. 69, 193 (2002).
9. À.Ã. Íàóìîâåö, ÔÍÒ 20, 1091 (1994).
10. E. Pijper, M.F. Somers, G.J. Kroes, R.A. Olsen, E.J.
Baerends, H.F. Busnengo, A. Salin, and D. Lemoine,
Chem. Phys. Lett. 347, 277 (2001).
11. Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Á.À. ×óéêîâ, Ïîâåðõíîñòü. ôèç.
õèì. ìåõ. ¹9, 5 (1992).
12. P. Kisliuk, J. Phys. Chem. Solids 3, 95 (1957).
13. J. Harris and S. Andersson, Phys. Rev. Lett. 55, 1583
(1985).
14. Ì.È. Åëèíñîí, Ã.Ô. Âàñèëüåâ, Àâòîýëåêòðîííàÿ
ýìèññèÿ, Ãîñ. èçä-âî ôèç. ìàò. ëèò., Ìîñêâà (1958).
34 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
15. Ë.Í. Äîáðåöîâ, Ì.Â. Ãîìîþíîâà, Ýìèññèîííàÿ
ýëåêòðîíèêà, Íàóêà, Ìîñêâà (1966).
16. R. Gomer, R. Wortman, and R. Lundy, J. Chem.
Phys. 26, 1147 (1957).
17. Â.Ê. Ìåäâåäåâ, À.Î. Ñíèòêî, ÆÒÔ 57, 1638 (1987).
18. G. Mazenko, J.R. Banavar, and R. Gomer, Surf. Sci.
107, 459 (1981).
19. R.S. Polizotti and G. Ehrlich, J. Chem. Phys. 71, 259
(1979).
20. È.Ô. Ëþêñþòîâ, À.Ã. Ôåäîðóñ, ÆÝÒÔ 80, 2511
(1981).
21. Â.Â. Ãîí÷àð, Î.Â. Êàíàø, È.À. Êîòëÿðîâà, À.Ã. Ôå-
äîðóñ, À.Ô. Ôåäîñåíêî, ÆÝÒÔ 95, 1773 (1989) .
22. M. Strongin, J.M. Dickey, H.H. Farrell, T.F. Arns,
and G. Hrabak, Rev. Sci. Instrum. 42, 311 (1971).
23. Î.À. Ïàí÷åíêî, Ï.Ï. Ëóöèøèí, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé,
ÆÝÒÔ 66, 2191 (1974) .
24. V.F. Koval, P.P. Lutsishin, O.A. Panchenko, and
S.V. Sologub, Surf. Sci. 331–333, 1317 (1995).
25. Ï.Ï. Ëóöèøèí, Ò.Í. Íàõîäêèí, Î.À. Ïàí÷åíêî,
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, ÆÝÒÔ 82, 1306 (1982).
26. Â.Ò. ×åðåïèí, Ì.À. Âàñèëüåâ, Ìåòîäû è ïðèáîðû
äëÿ àíàëèçà ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ, Íàóêîâà äóì-
êà, Êèåâ (1982).
27. Ph. Avouris, D. Schmeisser, and J.E. Demuth, Phys.
Rev. Lett. 48, 199 (1982).
28. S. Andersson and J. Harris, Phys. Rev. Lett. 48, 545
(1982).
29. Ý. Çåíãóèë, Ôèçèêà ïîâåðõíîñòè, Ìèð, Ìîñêâà
(1990).
30. S. Andersson, L. Wilzen, M Persson, and J. Harris,
Phys. Rev. B40, 8146 (1989).
31. H. Schlichting and D. Menzel, Surf. Sci. 285, 209
(1993).
32. H. Schlichting and D. Menzel, Rev. Sci. Instrum. 64,
2013 (1993).
33. B.A. Chuikov, V.D. Osovskii, Yu.G. Ptushinskii, and
V.G. Sukretnyi, Surf. Sci. 213, 359 (1989).
34. Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Á.À. ×óéêîâ, Â.Ä. Îñîâñêèé,
Â.Ã. Ñóêðåòíûé, ÔÍÒ 19, 570 (1993).
35. W. Frie�, H. Schlichting, and D. Menzel, Phys. Rev.
Lett. 74, 1147 (1995).
36. H. Schlichting and D. Menzel, Surf. Sci. 272, 27
(1992).
37. D.A. King and M.G. Wells, Surf. Sci. 29, 454 (1972).
38. D.A. King and M.G. Wells, Proc. R. Soc. London
A339, 245 (1974).
39. Â.Ñ. Áîñîâ, Á.À. ×óéêîâ, ÓÔÆ 18, 1568 (1973).
40. Yu.G. Ptushinskii and B.A. Chuikov, Surf. Sci. 6, 42
(1967).
41. Yu.G. Ptushinskii and B.A. Chuikov, Surf. Sci. 7, 90
(1967).
42. R. Gomer and R. Wortman, J. Chem. Phys. 23, 1741
(1955).
43. R. Wortman, R. Gomer, and R. Lundy, J. Chem.
Phys. 24, 161 (1956).
44. Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Â.Ã. Ñóêðåòíûé,
Á.À. ×óéêîâ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 67, 910 (1998).
45. P.W. Tamm and L.D. Schmidt, J. Chem. Phys. 54,
4775 (1971).
46. B.A. Chuikov, V.V. Dvurechenskikh, V.D. Osovskii,
Yu.G. Ptushinskii, and V.G. Sukretnyi, Surf. Sci.
285, 75 (1993).
47. Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Â.Ã. Ñóêðåòíûé,
Á.À. ×óéêîâ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ, 60, 569 (1994).
48. Â.Â. Äâóðå÷åíñêèõ, Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèí-
ñêèé, Â.Ã. Ñóêðåòíûé, Á.À. ×óéêîâ, ÓÔÆ 37, 716
(1992).
49. B.A. Chuikov, V.D. Osovskii, Yu.G. Ptushinskii, and
V.G. Sukretnyi, Surf. Sci. 448, L201 (2000).
50. À. Gross, S. Wilke, and M. Scheffler, Phys. Rev.
Lett. 75, 2718 (1995).
51. M. Kay, G.R. Darling, S. Holloway, J.A. White, and
D.M. Bird, Chem. Phys. Lett. 245, 311 (1995) .
52. M. Beutl, M. Riedler, and K.D. Rendulic, Chem.
Phys. Lett. 247, 249 (1995).
53. M. Beutl, M. Riedler, and K.D. Rendulic, Chem.
Phys. Lett. 256, 33 (1996).
54. M. Beutl, J. Lesnik, and K.D. Rendulic, Surf. Sci.
429, 71 (1999).
55. B.A. Chuikov, V.D. Osovskii, Yu.G. Ptushinskii, and
V.G. Sukretnyi, Surf. Sci. 473, 143 (2001).
56. C.T. Rettner, H. Stein, and E.K. Schweizer, J. Chem.
Phys. 89, 3337 (1988).
57. Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Â.Ã. Ñóêðåòíûé,
Á.À. ×óéêîâ, ÔÍÒ 27, 1138 (2001).
58. Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Â.Ã. Ñóêðåòíûé,
Á.À. ×óéêîâ, ÔÍÒ 23, 779 (1997).
59. N.V. Petrova, I.N. Yakovkin, and Yu.G. Ptushinskii,
Surf. Sci. 497, 349 (2002).
60. L. Wilzen, S. Andersson, and J. Harris, Surf. Sci.
205, 387 (1988).
61. I.L. Silvera, Rev. Mod. Phys. 52, 393 (1980).
62. Ý.À. Ìåëâèí-Õüþç, Ôèçè÷åñêàÿ õèìèÿ, Èçä-âî
èíîñòð. ëèò., Ìîñêâà (1982).
63. Â.Â. Ãîí÷àð, Î.Â. Êàíàø, À.Ã. Íàóìîâåö, À.Ã. Ôå-
äîðóñ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 28, 358 (1978).
64. Â.Â. Ãîí÷àð, Î.Â. Êàíàø, À.Ã. Ôåäîðóñ, Ïèñüìà â
ÆÝÒÔ 38, 162 (1983).
65. Â.Â. Ãîí÷àð, Þ.Ì. Êàãàí, Î.Â. Êàíàø, À.Ã. Íàóìî-
âåö, À.Ã. Ôåäîðóñ, ÆÝÒÔ 84, 249 (1983).
66. Â.Â. Ãîí÷àð, Î.Â. Êàíàø, È.À. Êîòëÿðîâà, À.Ã. Ôå-
äîðóñ, À.À. Ôåäîñåíêî, ÆÝÒÔ 95, 1773 (1989).
67. A.G. Fedorus, V.V. Gonchar, O.V. Kanash, E.V. Kli-
menko, A.G. Naumovets, and I.N. Zasimovich, Surf.
Sci. 251/252, 846 (1991).
68. A.G. Fedorus, E.V. Klimenko, A.G. Naumovets, E.M.
Zasimovich, and I.N. Zasimovich, Nucl. Instr. Meth.
Phys. Res. B10, 207 (1995).
69. Î.Ì. Áðàóí, Ý.À. Ïàøèöêèé, Ïîâåðõíîñòü. ôèç.
õèì. ìåõ. ¹7, 49 (1984).
70. R. Di Foggio and R. Gomer, Phys. Rev. B25, 3490
(1982).
71. Â.Ã. Ïåñ÷àíñêèé, Ì.ß. Àçáåëü, ÆÝÒÔ 55, 1980
(1968).
72. Î.À. Ïàí÷åíêî, Ï.Ï. Ëóöèøèí, ÆÝÒÔ 57, 1555
(1969).
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 35
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
73. O.A. Panchenko, P.P. Lutsishin, Yu.G. Ptushinskii,
and V.V. Shishkov, Surf. Sci. 34, 187 (1973).
74. À.Ô. Àíäðååâ, ÓÔÍ 105, 113 (1971).
75. Î.À. Ïàí÷åíêî, À.À. Õàðëàìîâ, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé,
ÆÝÒÔ 67, 780 (1974).
76. A.A. Kharlamov, O.A. Panchenko, and Yu.G. Ptu-
shinskii, Solid State Commuò. 15, 1793 (1974).
77. Ï.Ï. Ëóöèøèí, Î.À. Ïàí÷åíêî, Ñ.Â. Ñîëîãóá, Ïî-
âåðõíîñòü. ôèç. õèì. ìåõ. ¹8, 22 (1987).
78. P.P. Lutsishin, O.A. Panchenko, and V.E. Shpagin,
Surf. Sci. 278, 218 (1992).
79. Ï.Ï. Ëóöèøèí, Î.À. Ïàí÷åíêî, Ñ.Â. Ñîëîãóá, Ïî-
âåðõíîñòü. ôèç. õèì. ìåõ. ¹11, 69 (2001).
80. H.F. Berger, M. Leisch, A. Winkler, and K.D. Ren-
dulic, Chem. Phys. Lett. 175, 425 (1990).
81. H.F. Berger and K.D. Rendulic, Surf. Sci. 253, 325
(1991).
82. B.E. Hayden and C.L.A. Lamont, Chem. Phys. Lett.
160, 331 (1989).
83. C.T. Rettner, M.A. Michelsen, and D.J. Auerbach, J.
Chem. Phys. 102, 4625 (1995).
84. M. Gruyters and K. Jacobi, Chem. Phys. Lett. 225,
309 (1994).
85. K. Svensson and S. Andersson, Surf. Sci. 392, L40
(1997).
86. E. Ilisca, Phys. Rev. Lett. 66, 667 (1991).
87. S. Andersson and J. Harris, Phys. Rev. B27, 9 (1983).
88. M. Beutl, E. Lunden, C. Konvicka, P. Varga, and
K.D. Rendulic, Surf. Sci. 447, 245 (2000).
89. M. Persson and S. Andersson, Surf. Rev. Lett. 1, 187
(1994).
90. S. Andersson and M. Persson, Phys. Rev. Lett. 70,
202 (1993).
91. S. Andersson and M. Persson, Phys. Rev. B48, 5685
(1993).
92. S. Andersson, M. Persson, and J. Harris, Surf. Sci.
360, L499 (1996).
93. K. Svensson, L. Bengtsson, J. Bellman, M. Hassel, M.
Persson, and S. Andersson, Phys. Rev. Lett. 83, 124
(1999).
94. L. Bengtsson, K. Svensson, M. Hassel, J. Bellman, M.
Persson, and S. Andersson, Phys. Rev. B61, 16921
(2000).
95. J.N. Chubb, L. Gowland, and I.E. Pollard, J. Phys.
D1, 361 (1968).
96. C. Benvenuti, R.S. Calder, and G. Passardi, J. Vac.
Sci. Technol. 13, 1172 (1976).
97. J. Cui, S.C. Fain, Jr, and W. Liu, J. Vac. Sci.
Technol. A7, 1850 (1989).
98. P.M. Ferm, S.M. Kurtz, and K.A. Pearlstine, Phys.
Rev. Lett. 58, 2602 (1987).
99. K.A. Pearlstine and G.M. McClelland, Surf. Sci. 134,
389 (1983).
100. M. Hassel, K. Svensson, M. Persson, and S. Anders-
son, Phys. Rev. Lett. 80, 2481 (1998).
101. M. Hassel, K. Svensson, J. Bellman, S. Andersson,
and M. Persson, Phys. Rev. B65, 205402 (2002).
102. K. Svensson and S. Andersson, Phys. Rev. Lett. 78,
2016 (1997).
103. W. R�hl, Z. Physik 176, 409 (1963).
104. G. Chottiner and R.E. Glover, J. Vac. Sci. Technol.
15, 429 (1978).
105. C. Leung and R. Gomer, Surf. Sci. 59, 638 (1976).
106. Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Á.À. ×óéêîâ, ÔÒÒ 10, 722 (1968).
107. C. Wang and R. Gomer, Surf. Sci. 74, 389 (1978) .
108. H. Michel, R. Opila, and R. Gomer, Surf. Sci. 105,
48 (1981).
109. R. Opila and R. Gomer, Surf. Sci. 105, 41 (1981).
110. A.N. Artsyukovich and V.A. Ukraintsev, Surf. Sci.
347, 303 (1996).
111. V.D. Osovskii, Yu.G. Ptushinskii, V.G. Sukretnyi,
B.A. Chuikov, V.K. Medvedev, and Yu. Suchorski,
Surf. Sci. 377–379, 664 (1997).
112. B.G. Briner, M. Doering, H.-P. Rust, and A.M.
Bradshaw, Phys. Rev. Lett. 78, 1516 (1997).
113. Â.Â. Æóêîâ, Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé,
Â.Ã. Ñóêðåòíûé, Á.À. ×óéêîâ, ÓÔÆ 31, 1374 (1986).
114. Â.Â. Æóêîâ, Â.Ä. Îñîâñêèé, Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé,
Â.Ã. Ñóêðåòíûé, Á.À. ×óéêîâ, Èçâ. ÀÍ ÑÑÑÐ, ñåð.
ôèç. 52, 1462 (1988).
115. C.T. Rettner, E.K. Schweizer, and H. Stein, J.
Chem. Phys. 93, 1442 (1990).
116. H.P. Steinruck and R.J. Madix, Surf. Sci. 185, 36
(1987).
117. C. Wang and R. Gomer, Surf. Sci. 84, 329 (1979).
118. D. Schmeisser and K. Jacobi, Surf. Sci. 108, 421
(1981).
119. Ya-po Hsu, K. Jacobi, and H.H. Rottermund, Surf.
Sci. 117, 581 (1981).
120. A.C. Lunz, J. Grimblot, and D.E. Fowler, Phys.
Rev. B39, 12903 (1989).
121. W. Ranke, Surf. Sci. 209, 57 (1989).
122. À. Eichler and J. Hafner, Phys. Rev. Lett. 79, 4481
(1997).
123. J. Beckerle, O. Yang, A. Jonson, and S. Ceyer, Surf.
Sci. 195, 77 (988).
124. R. Franchy, T.U. Bartke, and P. Gassmann, Surf.
Sci. 366, 60 (1996).
125. K.B.K. Tang, J. Villette, D. Teillet-Billy, J.P.
Gauyacq, and R.E. Palmer, Surf. Sci. 368, 43 (1996).
126. S. Lacombe, F. Cemi�, P. He, H. Dietrich, P. Geng,
and K. Jacobi, Surf. Sci. 368, 38 (1996).
127. M. Shayegan,J.M. Cavallo, R.E. Glover, III, and
R.L. Park, Phys. Rev. Lett. 53, 1578 (1984).
128. G. Bader, G. Petruzzo, L.G. Caron, and L. Sanche,
Phys. Rev. B30, 78 (1984).
129. W. Wurth, J. St�hr, P. Feulner, K.R. Bauchspiess,
Y. Baba, E. Hudel, G. Rocker, and D. Menzel, Phys.
Rev. Lett. 65, 2426 (1990).
130. Ï.Ï. Ëóöèøèí, Ò.Í. Íàõîäêèí, Î.À. Ïàí÷åíêî,
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé, Ïèñüìà ÆÝÒÔ, 31, 599 (1980).
131. Â.È. Âàòàìàíþê, Ä.À. Ãîðîäåöêèé, À.Ã. Êóíäçè÷,
Ï.Ï. Ëóöèøèí, Þ.Ï. Ìåëüíèê, Î.À. Ïàí÷åíêî,
Â.À. Óñåíêî, À.À. ßñüêî, Ïîâåðõíîñòü. ôèç. õèì.
ìåõ. ¹1, 18 (1990).
132. C. Leung, M. Vass, and R. Gomer, J. Vac. Sci.
Technol. 13, 286 (1976).
36 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1
Þ.Ã. Ïòóøèíñêèé
133. P.R. Norton, R.L. Tapping, and J.W. Goodale, Surf.
Sci. 72, 33 (1978).
134. J.E. Demuth, D. Schmeisser, and Ph. Avouris, Phys.
Rev. Lett. 47 1166 (1981).
135. M. Shayegan, E.D. Williams, R.E. Glover, III, and
R.L. Park, Surf. Sci. 154, L239 (1985).
136. J. Yoshinobu and M. Kawai, Surf. Sci. 363, 105
(1996).
137. M. Kawai and J. Yoshinobu, Surf. Sci. 368, 239
(1996).
138. P. Sautet, M.K. Rose, J.C. Dumphy, S. Behler, and
M. Salmeron, Surf. Sci. 453, 25 (2000).
139. M.J. Grunze, J. Fuhler, M. Neumann, C.R. Brundle,
D.J. Auerbach, and J. Behm, Surf. Sci. 139, 109 (1984).
140. D. Schmeisser, K. Jacobi, and D.M. Kolb, Vacuum
31, 439 (1981).
141. F. Bartolucci and R. Franchy, Surf. Sci. 368, 27
(1996).
142. K. Jacobi, M. Bertolo, P. Geng, W. Hansen, and
C. Astaldi, Chem. Phys. Lett. 173, 97 (1990).
Low-temperature gas adsorption on metal
surfaces
(Review Article)
Yu.G. Ptushinski
A review of the published data on adsorption
of some simple gases at low temperatures
(� 30 K) on metal surfaces is presented. The me-
thods of investigating low-temperature gas ad-
sorption are briefly described. Particular at-
tention is given to hydrogen adsorption on
transition and noble metals. The experimental
results for transition metals include information
about the state of adsorbed particles (atoms-mo-
lecules), the adsorption state spectra, the kine-
tics of adsorption-desorption processes, the
precursor mediated mechanism of adsorption, the
role of H2 and D2 quantum properties and 2D
phase transitions, the adsorbed layer structure,
and electron-stimulated processes. The experi-
mental data on hydrogen adsorption in noble
metals along with the theoretical calculations
provide information on the fine peculiarities of
the quantum sticking mechanism, in particular,
on the capture of molecules in quasi-bounded
states and the effect of diffraction by the surface
atomic lattice. The data on the role of molecule
rotational states, and ortho-para conversion and
direct photodesorption of molecules are consid-
ered. A review of a few papers on adsorption of
oxygen, carbon monoxide and nitrogen is also
given.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 1 37
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ
|