Плазмонная спектроскопия поверхности монокристалла W (100)

М. А. Васильев$^{1}$, Е. Г. Лень$^{1,2}$, В. Н. Колесник$^{1}$, И. Н. Макеева$^{1}$, В. И. Патока$^{1}$, С. В. Смольник$^{1}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Киевский академический университет НАН и МОН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 01.10.2019; окончательный вариант - 15.01.2020. Скачать: PDF

Плазмонная спектроскопия применена для исследования электронных состояний вблизи ориентированной параллельно кристаллографической плоскости (100) поверхности монокристалла W после различных видов её термохимической и ионной обработок. Исследование атомарно чистых граней металлических монокристаллов в сверхвысоком вакууме позволило повысить достоверность экспериментальных данных и сравнить их с существующими теоретическими моделями, разработанными для идеальных кристаллов со свободной поверхностью. Определены усреднённые значения энергии поверхностных ($E_s$) и объёмных ($E_b$) плазмонов, их отношение $E_{b}/E_{s}$, соответствующие этим плазмонам концентрации электронов проводимости, относительное изменение межплоскостных расстояний, а также значения работы выхода электронов с поверхности образца W (100) в исходном состоянии, а также после последовательных нагреваний в интервале температур 500–1600°C, экспозиций в чистом атомарном кислороде и бомбардировки низкоэнергетическими ионами Ar$^{+}$. Дано объяснение существенной зависимости экспериментальных значений энергии возбуждения плазмонов от состояния поверхности образца и степени их приближения в процессе его термохимической и ионной обработок к значениям, рассчитанным согласно классической теории коллективных электронно-плазменных колебаний в твёрдом теле. Получены важные для практического применения в термоэмиссионных преобразователях энергии минимальное (4,07 эВ) и максимальное (4,37 эВ) значения работы выхода электронов с поверхности W (100), определяемые типами её обработки.

Ключевые слова: поверхность монокристалла W (100), электроны проводимости, характеристические потери энергии электронов, плазмоны, работа выхода электронов.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i04/0471.html

PACS: 68.49.Jk, 68.49.Sf, 71.45.Gm, 73.20.Mf, 79.20.Hx, 79.20.Uv


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Б. П. Вараксин, А. С. Титков, В. И. Силантьев, Н. А. Шевченко, Поверхность, № 11: 125 (1991).
  2. Kamarul Aizat Abdul Khalid, Thye Jien Leong, and Khairudin Mohamed, IEEE Transactions on Electron Devices, 63, No. 6: 2231 (2016). Crossref
  3. Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник (Москва: Машиностроение:1967).
  4. А. Р. Шульман, С. А. Фридрихов, Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела (Москва: Наука: 1977).
  5. М. А. Васильев, Структура и динамика поверхности переходных металлов (Киев: Наукова думка: 1988).
  6. В. Т. Черепин, М. А. Васильев, Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник (Киев: Наукова думка:1982).
  7. H. Raether, Excitation of Plasmons and Interband Transition by Electrons (Berlin: Springer Verlag: 1980).
  8. Y. Wu, G. Li, and J. P. Camden, Chem. Rev., 118, No. 6: 2994 (2018). Crossref
  9. Е. А. Бакулин, М. М. Бредов, ФТТ, 12, № 3: 891 (1977).
  10. M. A. Vasil’ev and S. D. Gorodetsky, Vacuum, 37: 723 (1987). Crossref
  11. V. A. Tinkov, M. A. Vasylyev, and G. G. Galstyan, Vacuum, 85: 677 (2011). Crossref
  12. В. Е. Корсуков, А. С. Лукьяненок, В. Н. Светлов, Поверхность. Физика, химия, механика, № 11: 28 (1983).
  13. J. A. Becker, E. J. Becker, and R. G. Brandes, J. Appl. Phys., 32, No. 3: 411 (1961). Crossref
  14. И. Я. Дехтяр, В. Н. Колесник, В. И. Патока, В. И. Силантьев, ДАН УССР, Серия А, № 12: 1124 (1975).
  15. М. О. Васильєв, В. М. Колесник, С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, В. В. Янчук, А. К. Орлов, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 7: 919 (2018). Crossref
  16. В. А. Тиньков, Успехи физики металлов, 7: 117 (2006). Crossref
  17. M. A. Vasylyev and V. A. Tinkov, Surf. Rev. Lett., 15: 635 (2008). Crossref
  18. D. Pines, Elementary Excitation in Solids (New York: Benjamin Press: 1963).
  19. J. L. Robins and J. B. Swan, Proc. Phys. Soc., 76: 857 (1960). Crossref
  20. Э. Ф. Чайковский, В. С. Редькин, В. В. Зашквара, В. Т. Сотников, ФТТ, 15, № 6: 1947 (1973).
  21. David Edwards Jr. and F. M. Propst, J. Chem. Phys., 55, No. 11: 5175 (1971). Crossref
  22. В. В. Кораблев, ФТТ, 12, № 6: 1638 (1970).
  23. Y. N. Petrov, J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom., 160: 35 (2007). Crossref
  24. I. Ya. Dekhtyar, V. I. Silantev, S. G. Sakharova, R. G. Fedchenko, V. I. Patoka, and V. N. Kolesnik, phys. status sol. (b), 74: 471 (1976). Crossref