Egykristályfelületek szerkezete és rekonstrukciói relaxáció-rekonstrukció, Kossel-modell, fontosabb jelölések

hcp fcc fcc - face centred cubic / lapcentrált köbös hcp - hexagonal closed packed / szoros illeszkedésű hexagonális 1. réteg 2. réteg 3. réteg bcc - body-centred cubic / tércentrált köbös hcp fcc nem szorosan pakolt szerkezet szorosan pakolt szerkezetek (Ez a kategorizálás alapvetően fémekre vonatkozik, de sokszor kiterjeszthető más anyagokra is.)

A Miller-index fogalma, kristálytani síkok kijelölése az (a,00) sík metszéspontja a tengelyekkel: a, ∞, ∞ értelmezzük az elemi cella oldalaira vonatkoztatott relatív koordinátákat: a/a, a/∞ , a/∞ azaz 1, 0, 0 általánosan, ha a metszéspont a/k, a/l és a/m, akkor a megfelelő Miller indexek: k, l, m ekvivalens síkok

fcc (111) fcc (100) fcc (110) bcc (111) Fe(111) csökkenő felületi koncentráció és koordináció növekvő reakcióképesség (Ezek a tömbbi síkoknak megfelelő, nem rekonstruált felületek.) bcc (111) Fe(111) felülnézet oldalnézet

fcc (775) fcc (10,8,7) Kossel-modell Változatos felületi szerkezeteket mutatnak a nagy miller indexű felületek fcc (775) fcc (10,8,7) lépcsős felületek (stepped surfaces) A nanokrisztallitok felülete különböző sikokat (facets) mutat (egyensúlyi geometria) Kossel-modell adatomok atomi hibahelyek atomi lépcsők könyökhelyek (+ , -) És még sehol rekonstrukció ….? !

p( 2 x 2 ) (1 x 1) elemi cella p( 2 x 2 ) c( 2 x 2 ) ( 2 x 2)R45 Felületi szerkezetek jelölése (Wood-jelölés, mátrix jelölés) fcc(111) fcc(100) p( 2 x 2 ) (1 x 1) elemi cella p( 2 x 2 ) Substrate : fcc(100) Substrate unit cell Adsorbate unit cell c( 2 x 2 ) (  2 x 2)R45 p, c, R - Wood-jelölés p( 2 x 2 )

ahol a1 a2 az eredeti elemi cella vektorok, Mátrix jelölés ahol a1 a2 az eredeti elemi cella vektorok, b1 b2 a kialakult új felületi szerkezet elemi cállájának vektorai

általában d (tömb) > d (1. –2. réteg) Mit nevezünk felületi rekonstrukciónak ill. relaxációnak ? Felületi relaxáció: a tömbi szerkezetnek megfelelő atomi poziciótól történő bármilyen eltérés, ami lehet kollektív, mint pl. az atomi réteg-réteg távolság megváltozása, lehet ún. fonon-jellegű állóhullám (periodikus pozícióhullám). Felületi rekonstrukció: a felületi atomi koncentráció lényegesen eltér a tömbi szerkezet alapján várható értéktől (lehet több is, kevesebb is), megjelenhet a tiszta anyag felületén, de kiválthatja felületi adszorpció is. Felületi relaxáció általában d (tömb) > d (1. –2. réteg) nyitott szerkezetű fémfelületek esetében <pl. fcc(110)> az első-második réteg közötti távolság akár 10-15% eltérést is mutathat, s ez a jelenség periodikus és csökkenő módon akár 4-5 rétegig is kimutatható

A legfelső atomi réteg elfordulása az alatta lévő réteghez képest, ún A legfelső atomi réteg elfordulása az alatta lévő réteghez képest, ún. szuperrácsokat eredményez. Ez a jelenség nagyon gyakran előfordul a felületek növesztett atomi rétegek (epitaxia) esetén. A szuperrács elemi cellája lényegesen nagyobb, mint az eredeti rácsé.

Felületi rekonstrukció A rekonstrukció hajtóereje általánosan a felületi szabadenergia csökkentése, amely fémek esetén kollektív jelenség (szabadelektronfelhő - atomtörzs kölcsönhatás). Kovalens anyagok esetén az ún. lógó kötések felületi koncentrációjának csökkenésével magyarázható. Ionos rácsok esetén a komponenseknek a felületen megváltozott sztöchiometriája okozta új fázisok (oxidok esetén redukált fázisok) megjelenésével értelmezhető. Gyakori eset fémeken a hiányzó-soros rekonstrukció (főként ún. nyitott fcc(110) felületeken) lokálisan nagyobb stabilitású (kisebb felületi szabadenergiájú) fcc(111) mikrolapok jönnek létre

Si(100) nem rekonstruált Si(100) rekonstruált

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