Физические процессы при адсорбции атомов металлов на поверхности оксидов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор физико-математических наук Магкоев, Тамерлан Таймуразович

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Магкоев, Тамерлан Таймуразович

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ АДСОРБЦИИ АТОМОВ МЕТАЛЛОВ НА

1.1. Условия подготовки оксидных подложек для последующей адсорбции атомов металлов

1.2. Плёнки металлов на поверхности оксидов: термодинамический анализ

1.3. Структура и электронные свойства систем металл/оксид

1.3.1. Система оксид на поверхности металлической подложки

1.3.2. Свойства металлических плёнок на поверхности оксидов

1.4. Адсорбция молекул на поверхности систем металл/оксид

1.5. Диссоциация молекул СО

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Измерение работы выхода с использованием метода задерживающего поля (метод Андерсона)

2.2. Спектроскопия обратного рассеяния ионов низкой энергии (СОРИНЭ)

2.3.1. Физические основы метода

2.3.2. Принципы отражательной ИК-спектроскопии

2.3.3. Принцип работы ИК-спектрометра

2.3.4. Описание экспериментальной установки

2.4. Спектроскопия энергетических потерь электронов высокого разрешения (СЭПВР)

2.4.1. Физические основы СЭПВР

2.4.2. Аппаратура СЭПВР

2.5. Резонансная многофотонная ионизация (РМИ)

2.5.1. Сущность метода РМИ

2.5.2. Схема экспериментальной установки

ГЛАВА 3. АДСОРБЦИЯ АТОМОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

IV ПЕРИОДА НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКИ

3.1. Работа выхода и механизмы формирования плёнок

3.2. Модели взаимодействия адатомов с поверхностью металлов

3.3. Оценка величин зарядов адатомов Зс1-металлов на поверхности Мо( 110)

3.4. Адсорбция молекул N0 и СО на поверхности металлических плёнок

3.5. Длина свободного пробега в системе переходный металл/подложка

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА ПЛЁНОК ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ, МАГНИЯ И ТИТАНА НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЛОЖЕК (Мо(110), W(110), Re(1000))

4.1. Оксид алюминия

4.2. Оксид магния

4.3. Оксид титана

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА СИСТЕМ,

ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ АДСОРБЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ АТОМОВ, КЛАСТЕРОВ И ТОНКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ ОКСИДОВ 190 5.1. Механизмы роста плёнок металлов на поверхности оксидов и работа выхода

5.2. Зависимость электронного состояния адатомов металлов на поверхности оксидов от покрытия

5.3. Размерная зависимость адсорбционных свойств островков металлов на поверхности оксидов

5.4. Термическая стабильность систем металл/оксид/металл

ГЛАВА 6. ФОТОИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ И СИСТЕМ МЕТАЛЛ/ОКСИД

6.1. Общая характеристика процессов, происходящих при взаимодействии фотонов видимой и ближней ультрафиолетовой области с адсорбционными системами

6.1.1. Общие положения

6.1.2. Механизмы взаимодействия фотонов с системой адсорбат/подложка

6.1.3. Реакции, индуцированные фотогенерированными носителями подложки

6.1.4. Динамика фотоиндуцированных процессов на поверхности

6.2. Фотоиндуцированное поведение молекул N0 и СО на поверхности металлических подложек и структур металл/оксид

6.2.1. Влияние электронной структуры металлической подложки на характер фотопроцессов адсорбированных молекул оксидов азота и углерода

6.2.2. Фотоиндуцированное поведение молекул N на поверхности системы Ni/Al

6.3. Выводы 299 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 302 СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Список использованных сокращений

ВАХ - вольт-амперная характеристика ДМЭ - дифракция медленных электронов

ДСЭП - десорбция, стимулированная электронными переходами

ИКС - инфракрасная спектроскопия

F-M - механизм роста Франка-ван-дер-Мерве

L - Лэнгмюр (экспозиция газа, 1 L = Ю-6 Тор х с)

КРП - контактная разность потенциалов

РМИ - резонансная многофотонная ионизация

РФЭС - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

СОРИНЭ - спектроскопия обратного рассеяния ионов низкой энергии

СТМ - сканирующая туннельная микроскопия

СХПЭЭ - спектроскопия характеристических потерь энергии электронов

СЭПВР - спектроскопия энергетических потерь высокого разрешения

S-K - механизм роста Странского-Крастанова

ТДС -термодесорбционная спектроскопия

УФЭС - ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия

V-W - механизм роста Фольмера-Вебера

ЭОС - электронная Оже-спектроскопия

ЭПП - энергетическая потенциальная поверхность

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физические процессы при адсорбции атомов металлов на поверхности оксидов»

На протяжении многих лет изучение адсорбции и формирования металлических плёнок на поверхности оксидов металлов является одной из актуальных задач физики твёрдого тела и низкоразмерных систем [1-5]. Интерес к исследованию подобных систем объясняется необходимостью создания научной базы, лежащей в основе чрезвычайно высокой эффективности применения систем металл/оксид различного типа в таких областях, как нанотехнология, материаловедение, гетерогенный катализ, вакуумная технология и др. [1,3-8]. Несмотря на это, развитие исследований в этом направлении долгое время сдерживалось тем, что в своём большинстве оксиды металлов являются диэлектрическими материалами, обладающими низкой электро- и теплопроводностью. Это существенно затрудняет применение методов анализа поверхности к исследованию указанных систем [9]. Для преодоления возникающих при этом затруднений предложен способ, который позволяет вместо массивного оксида, в качестве подложки использовать туннельно-прозрачную оксидную плёнку, сформированную на поверхности проводящего металлического кристалла [1,2,10-13]. Показана правомочность такой замены, которая обусловлена тем, что плёнки оксидов, в особенности, широкозонных (AI2O3, MgO), уже при толщине

5 А, обладают свойствами, присущими массивным материалам. Несмотря на такую благоприятную ситуацию с точки зрения возможности замены массивной оксидной подложки тонкой плёнкой, количество работ, посвященных изучению адсорбции атомов металлов на оксидных плёнках, крайне ограничено. Полученные результаты, в основном, носят отрывочный характер и, зачастую, не только не сопоставимы, но и противоречат друг другу [1,2,14]. И лишь в последние годы, учитывая всё возрастающую прикладную актуальность структур металл\оксид, проведены систематические исследования свойств систем, образующихся при адсорбции ряда металлов (Pd, Pt, Rh, Со, V) на поверхности тонкой плёнки оксида алюминия [1,15-21]. Обзор этих и других работ приведён в первой плаве. Несомненным их достоинтсвом является то, что они проведены в идентичных экспериментальных условиях с применением широкого комплекса методов анализа поверхности. Они позволили довольно убедительно обозначить основные особенности поведения атомов металлов на поверхности оксида. Кроме того, они в немалой степени послужили стимулом для создания новых теоретических моделей, описывающих взаимодействие атомов металлов с поверхностью оксидов [22-26]. Об этих и других моделях упоминается в пятой плаве. Вместе с тем, несмотря на несомненные достоинства, вышеуказанные исследования имеют и существенные недостатки, среди которых можно отметить следующие.

В большинстве случаев, в качестве подложки для нанесения атомов металлов используется тонкая плёнка AI2O3, получаемая окислением поверхности сплава NiAI(l 10). Несмотря на то, что при этом образуется стехиометрическая упорядоченная плёнка оксида алюминия, она, вместе с тем, обладает довольно заметной плотностью линейных дефектов, неизбежно возникающих вследствие двойной симметрии подрешёток Ni и А1 (см. га. 1). Эти дефекты могут являться преимущественными центрами аккомодации адсорбатов, что может существенно изменять их свойства, по сравнению с теми, которые имеют место при адсорбции на бездефектной области оксида. Толщина оксидной плёнки, получаемой окислением сплава NiAI, ограничена величиной — 5 — 6 А [15], что затрудняет какое-либо исследование свойств металлических адсорбатов в зависимости от толщины оксидной прослойки. Такие исследования могут оказаться полезными, учитывая возможность туннелирования электронов между металлическим адсорбатом и подложкой сквозь тонкую диэлектрическую прослойку. В качестве оксидной подложки использован только один материал - AI2O3. Для более полного выяснения особенностей взаимодействия атомов металлов с поверхностью оксидов, следовало бы расширить класс исследуемых адсорбентов. Кроме того, для выяснения возможной закономерности в поведении свойств систем металл/оксид, полезным может оказаться выбор металлов, электронные свойства которых изменяются систематическим образом. Такому условию удовлетворяет, например, металлы переходных периодов.

Существенным недостатком рассматриваемых исследований можно считать и то, что не использовано преимущество, методологически предоставляемые самой конфигурацией систем металл/плёнка оксида. Это преимущество заключаются в том, что имеется возможность разделения соответствующих исследований на три этапа: 1) изучение адсорбции атомов металлов на поверхности массивной металлической подложки, 2) исследование адсорбции частиц оксида и процессов формирования оксидной плёнки на поверхности металлического кристалла, 3) изучение адсорбции атомов металлов на поверхности сформированной оксидной плёнки. Такое разделения может оказаться полезным для более полного выяснения особенностей поведения адатомов и плёнок металлов на поверхности оксидов путём сопоставления данных, полученных на разных этапах. Например, прямое сопоставление свойств адатомов металлов на металлической и оксидной подложке может оказаться полезным для выяснения особенностей поведения адатомов на разных типах адсорбентов. Кроме того, результаты, полученные на каждом этапе, могут представлять самостоятельный научный интерес.

В целом, несмотря на наметившуюся в последнее время активность в области исследования, свойств систем, образующихся при адсорбции атомов металлов на поверхности оксидов, многие вопросы фундаментального характера остаются открытыми. К ним можно отнести следующие:

- какова природа адсорбционных центров металлических атомов на поверхности оксидов?

- какова природа хемосорбционной связи атомов металлов с поверхностью оксидов?

- каково электронное состояние атомов металлов, непосредственно связанных с поверхностью оксида?

- образуют ли атомы первого металлического слоя латеральные связи между собой, наряду с формированием хемосорбционных связей с подложкой?

- насколько существенно отличаются адсорбционные свойства металлической моноатомной плёнки на поверхности оксида от свойств соответствующего массивного металла?

- каковы механизмы роста металлических плёнок на поверхности оксидов?

- каким образом энергетика поверхностной диффузии атомов металлов влияет на морфологию плёнки или кластеров?

- изменяется ли структура и электронное состояние первого моноатомного металлического слоя по мере добавления последующих слоёв?

- сколько монослоёв металла требуется для того, чтобы свойства поверхностного слоя были близки к свойствам поверхности соответствующего массивного металла?

- насколько толстым должна быть металлическая плёнка, чтобы теплота адсорбции металла была равна теплоте сублимации массивного металла?

- чем определяется термическая стабильность систем металл/оксид?

- какова взаимосвязь между размером кластера и его и физико-химическими свойствами?

Поставленные вопросы носят фундаментальный характер, и ответы на них могут позволить существенно расширить имеющиеся представления о физико-химических свойствах систем, образующихся при формировании металлических плёнок на поверхности оксидов и других диэлектрических материалов. Кроме того, они могут позволить внести заметный вклад в дальнейшее развитие физики твёрдого тела, теории хемосорбции, физики низкоразмерных систем, физической электроники, физики и химии катализа. Выяснение фундаментальных особенностей поведения систем рассматриваемого типа позволит улучшить технологическую основу практической разработки и применения соответствующих материалов.

С учётом изложенного, имеется настоятельная необходимость проведения дальнейших исследований процессов формирования и свойств систем металл/оксид, особенно в направлении, лишённом указанных выше недостатков.

В связи с этим, целью настоящей работы является установление физико-химических процессов, имеющих место при адсорбции атомов металлов и формировании металлических плёнок и кластеров на поверхности слоёв оксидов, образованных на поверхности металлических подложек.

Для достижения этой цели использован такой набор объектов, который позволяют преодолеть изложенные выше недостатки. В качестве оксидных подложек используются оксиды алюминия, магния и титана, а в качестве металлических адсорба-тов - переходные металлы IV периода (Ti-Cu), а также Au, La, Gd, Dy, А1. Такой выбор адсорбатов обусловлен, с одной стороны, стремлением выяснить возможную закономерность в поведении свойств исследуемых систем по мере систематического изменения электронной структуры адсорбата (Зс1-металлы). С другой стороны, использование металлов, характеризующихся разным характером строения электронных оболочек, может позволить выяснение общих особенностей, характерных для адсорбции частиц с металлическими свойствами на оксидной подложке, независимо от деталей электронного строения. Использование разного набора оксидов также представляется существенным для выяснения общих закономерностей поведения систем металл/оксид. В качестве металлических подложек, на поверхности которых формируются плёнки указанных оксидов, использованы Мо(110),W(110) и Re(1000). Выбор этих подложек обусловлен близостью их структурных параметров к таковым, характерным для оксидов [13], что позволяет получение сплошных упорядоченных плёнок.

Кроме того, для достижения термодинамического равновесия формируемых систем, в большинстве случаев, необходим их отжиг [27], чем также обусловлен выбор данных тугоплавких подложек. Плёнки оксидов алюминия и магния формируются двумя способами: 1) окислением напыляемых на поверхность подогретой подложки металлических плёнок алюминия и магния в атмосфере кислорода при парциальном давлении 106- 10*7 Тор; 2) термическим напылением из соответствующих источников, содержащих массивные оксиды. Оба способа позволяют получение стехиометрических упорядоченных плёнок оксидов алюминия и магния (см. гл. 4). При этом можно ожидать, что в обоих случаях оксидные плёнки лишены недостатков, присущих плёнке оксида алюминия, получаемой окислением NiAl (110). Во-первых, должны отсутствовать линейные дефекты такого типа, которые неизбежно появляются при окислении NiAl, и, во-вторых, появляется возможность изменения толщины оксидной плёнки в достаточно широких пределах. Плёнка оксида титана формируется путём окисления напыляемого на поверхность тугоплавкой подложки металлического титана. При этом подбор режима формирования плёнки позволяет получение упорядоченных стехиометрических слоёв оксида титана. Термическое напыление оксида титана, в отличие от оксидов алюминия или магния, представляется малоэффективным, поскольку может приводить к существенному нарушению стехиометрии формируемой плёнки. Адсорбированные плёнки металлов во всех случаях получались термическим напылением при скорости роста, как правило, не превышающей 0,1 ML/мин.

С учётом выбранного набора объектов исследования, для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи, которые логически следуют из самой структуры системы металл/оксид/металл:

1) Исследовать адсорбцию атомов металлов на поверхности металлической подложки, с тем, чтобы иметь возможность сопоставления особенностей поведения металлических адсорбатов на поверхности металла, с одной стороны, и поверхности оксида - с другой.

2) Провести исследование адсорбции частиц оксидов и процессов формирования оксидных плёнок на поверхности металлической подложки. Знание свойств сформированных плёнок оксидов представляется существенным для интерпретации результатов, полученных при исследовании адсорбции на их поверхности металлических плёнок.

3) Изучить свойства систем, образующихся при адсорбции атомов металлов и формировании металлических плёнок на поверхности слоев оксидов.

4) Исследовать фотоиндуцированное поведение сформированных систем. Постановка этой задачи обусловлена тем, что в конечном итоге, эффективность любой системы в реализации того или иного процесса обусловлена характером отклика системы на внешнее возмущение. Особые свойства систем металл/оксид, которые определяют их прикладную важность, проявляются, в частности, в особом, по сравнению с массивными металлами, характере отклика на внешнее воздействие [1,28,29]. В связи с этим, представляется актуальным провести исследование процессов, протекающих в системах металл/оксид в результате такого воздействия. Наиболее контролируемым образом оно может быть осуществлено с применением фотонов, индуцирующих определённые электронные переходы в валентной зоне [30]. Для более полного понимания получаемых при этом результатов для систем металл/оксид представляется необходимым предварительное исследование подобных процессов на поверхности массивных металлов.

Наряду с тем, что каждая из этих задач служит для достижения общей цели, её решение может представлять и самостоятельный интерес для дальнейшего развития физики адсорбционных явлений.

Для решения поставленных задач проведены экспериментальные исследования свойств соответствующих систем, формируемых в условиях сверхвысокого вакуума, методами электронной и ионной спектроскопии, сканирующей туннельной микроскопии, инфракрасной абсорбционной спектроскопии и спектроскопии молекул в газовой фазе.

Научная новизна работы заключается в том, что в рамках настоящего исследования впервые поставлена и решена задача исследования физических процессов при адсорбции атомов металлов на поверхности оксидов, что можно сформулировать в качестве нового направления исследований в физике твёрдого тела. В работе впервые выполнено следующее.

1) Проведено систематическое исследование адсорбции атомов Зс1-металлов и формирования металлических плёнок на поверхности кристалла Мо(110). Впервые измерена величина переноса заряда от адатома к подложке для всего переходного периода. Обнаружено, что, за исключением Мп, данная величина закономерно уменьшается с увеличением количества d-электронов адатома.

2) Исследованы свойства тонких плёнок металлов на поверхности металлической подложки методами КРП, ЭОС, УФЭС и ИКС. Показано, что сплошные моноатомные плёнки металлов на поверхности металлической подложки проявляют электронные свойства близкие к свойствам массивных металлов. Однако, для формирования основных деталей электронной структуры плёнки, характерных для соответствующего массивного металла, необходимо наличие, по крайней мере, трёх моноатомных слоев.

3) Предложен и реализован метод термического напыления плёнок оксидов алюминия и магния. Методами КРП, ЭОС, ДМЭ, СЭПВР и СТМ исследованы процессы формирования этих плёнок на поверхности Мо(110). Показано, что этот метод позволяет формирование стехиометрических упорядоченных слоёв соответствующих оксидов. Особенности электронной структуры, характерные для массивных материалов, начинают проявляться в плёнках оксидов алюминия и магния, уже в субмонос-лойной области. При толщине в два монослоя исследованные свойства плёнок являются, в основном, сформированными и при дальнейшем росте покрытия не претерпевают существенных изменений.

4) Исследованы процессы формирования плёнок оксидов алюминия и магния на поверхности Мо(110) в субмонослойной области. Показано, что в адсорбированных частицах оксидов алюминия и магния, находящихся в контакте с поверхностью металлической подложки, происходит ослабление внутримолекулярной связи, вследствие уменьшения величины межионного переноса заряда. Для одиночных частиц оксида алюминия и магния это уменьшение составляет 30 и 40%, соответственно, от величины, имеющей место в массивных материалах. В то же время, не наблюдается диссоциации частиц оксидов на отдельные атомы на поверхности. С ростом покрытия величина межионного заряда постепенно увеличивается, достигая стационарных значений, характерных для соответствующих объёмных кристаллов при покрытии, близком к двум монослоям.

5) Продемонстрирована возможность формирования плёнки MgO на поверхности Мо(110) со структурой, соответствующей нестабильной в обычных условиях грани MgO(l 11). Для этого толщина плёнки не должна превышать

6) Методами электронной спектроскопии проведено исследование процессов формирования плёнок оксида титана на поверхности Re(1000). Показана возможность контролируемого формирования плёнки с заданной стехиометрией.

7) Проведено систематическое исследование механизмов роста атомов 3d-металлов на поверхности оксидов алюминия, магния и титана. Показано, что в равновесных условиях, независимо от типа оксида, способность смачивания поверхности оксидов плёнками Зс1-металлов уменьшается при движении вдоль периода слева направо. Путём подбора режима формирования металлической плёнки возможно получение как сплошных монослойных покрытий, так и трёхмерных островков.

8) Обнаружено, что, в зависимости от механизма роста, состояния адатомов металлов на поверхности оксидов могут кардинально различаются. В случае формирования двумерного слоя, при малых покрытиях (<

0,1-0,3) для всех исследованных металлов имеет место заметный перенос заряда от адатома к подложке, сопоставимый с тем, который имеет место в оксидах соответствующих металлов. При больших покрытиях, когда формируются сплошные двумерные слои, а также при формировании трёхмерных кластеров, свойства плёнок близки к свойствам массивных металлов.

9) Методами ИК-спектроскопии и ТДС проведено сравнительное исследование адсорбционных свойств трёхмерных металлических кластеров больших и малых размеров на поверхности оксида. Показано, что в обоих случаях для всех исследованных адсорбатов свойства кластеров качественно подобны. В то же время, имеет место определённое различие в свойствах этих двух типов кластеров, обусловленное различием их электронного строения.

10) Проведено систематическое исследование термостабильности систем метал/оксид/подложка. Общим свойством, присущим всем исследованным системам является то, что при определённой для каждой системы температуре термической обработки происходит деградация системы вследствие взаимной диффузии составляющих её компонентов, сопровождаемая их химическим взаимодействием. Показано, что термостабильность систем металл/оксид тем выше, чем выше энергия связи металлического адсорбата с поверхностью оксида.

11) Методами ИКС, РМИ, УФЭС и ТДС впервые проведено сравнительное исследование адсорбции молекул N0 и СО на поверхности кристаллов Pt(l 11), Ni(l 11), сплава Pt(l 11)-Ge и системы Ni/A^Oj, а также процессов, индуцированных воздействием фотонов ближней УФ-области на соответствующие адсорбционные системы. Обнаружено, что электронная структура подложки оказывает существенное влияние на свойства адсорбированных молекул и на характер фотоиндуцированного процесса. Последний имеет явно нетермический характер и определяется фотовозбуждением носителей заряда в подложке с последующим взаимодействием их носителей заряда в подложке с последующим взаимодействием их с разрыхляющей 2л-орбиталью молекул NO и СО.

Степень достоверности и возможность практического использования.

Достоверность полученных результатов определяется применением комплекса взаимодополняющих надёжно апробированных методов, позволяющих проводить исследования в хорошо контролируемых условиях, а также хорошим совпадением с известными из литературы данными тестовых исследований и хорошей повторяемостью результатов. Ряд полученных в работе результатов был впоследствии независимо воспроизведён другими авторами.

Полученные в работе результаты и их анализ открывают реальные предпосылки для разработки методики улучшения качества имеющихся и создания новых материалов, используемых в таких областях как нанотехнология, материаловедение, опто-электроника, вакуумная технология, гетерогенный катализ.

Личный вклад автора

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в 1985-2003 гг. непосредственно автором. Подготовка и проведение трудоёмких экспериментальных измерений осуществлялась с привлечением научных сотрудников, технического персонала, аспирантов и студентов. Автору принадлежит выбор направления исследования, постановка цели и задач, решение методических вопросов, определение способов реализации экспериментов и преобладающее участие в их проведении, интерпретации и обобщении результатов.

Новые идеи, разработки и результаты, составляющие существо диссертации и опубликованные в работах, приведённых в списке литературы (стр. 302) за номерами 10,11,104,204,211,240-242,259-262,279-280,287-289,293,311,312, 329,342, 373, 379,380,383,404,478, выполненных единолично или с соавторами, принадлежат лично соискателю. Роль всех соавторов в указанных работах заключалась в технической помощи при проведении наиболее трудоёмких экспериментальных измерений и в помощи при интерпретации отдельных результатов.

Основные защищаемые положения.

1) Электронные свойства адатомов переходных металлов IV периода (Ti-Cu), на поверхности Мо(110), характеризуемые величиной переноса заряда от адатома к подложке, закономерно изменяются при движении вдоль периода. Закономерность нарушается в случае Мп. Сплошные моноатомные плёнки металлов, адсорбированные на поверхности металлической подложки, проявляют особенности, характерные для массивных металлов.

2) Путём термического напыления возможно формирование плёнок оксидов алюминия и магния на поверхности Мо(110). При этом уже двумерные плёнки проявляют особенности, связанные с наличием энергетической зоны пониженной плотности состояний. Для реализации свойств, характерных для массивных оксидов, необходимо, по меньшей мере, достижение толщины, соответствующей двум мономолекулярных слоям. В частицах оксидов, находящихся в непосредственном контакте с поверхностью Мо(110), происходит ослабление межионной связи.

3) Отдельные адатомы металлов, независимо от деталей их электронного строения, адсорбированные на поверхности оксидов, характеризуются существенным переносом заряда валентной оболочки в сторону подложки. При формировании сплошных плёнок эффективность этого процесса существенно уменьшается. Атомы, входящие в состав трёхмерного кластера металла с характерным размером превышающим

1 нм, адсорбированного на поверхности оксида, проявляют свойства, характерные для атомов, образующих соответствующий массивный металл.

4) Не наблюдается особенностей в свойствах сплошных моноатомных плёнок, адсорбированных на поверхности металлической подложки, с одной стороны и поверхности оксида - другой. Толщина оксидных прослоек (AI2O3, MgO) существенно не влияет на свойства плёнок металлов, адсорбированных на их поверхности. Следовательно, формирование особенностей электронной структуры сплошной металлической плёнки на поверхности оксида определяется преимущественно латеральным взаимодействием адатомов, образующих эту плёнку.

5) При отжиге систем металл/оксид происходит взаимная диффузия компонент системы, сопровождаемая химическим взаимодействием. Деградационная устойчивость систем металл/оксид с участием переходных металлов IV периода повышается с уменьшением количества электронов на Зс1-оболочке атома металла.

6) Возбуждение электронных переходов в валентной зоне, вызванное воздействия фотонов, может приводить к изменению свойств систем, образованных при адсорбции молекул N0 и СО на поверхности массивных кристаллов (Ni, Pt), а также на поверхности системы Ni/Al203. В последнем случае имеется возможность изменения характера фотоиндуцированного процесса за счёт изменения условий формирования системы Ni/AljOj. Существенную роль в механизме фотоиндуцированного процесса в обоих типах систем играет разрыхляющая 2я-орбиталь молекулы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VI Всесоюзном симпозиуме по вторичноэлектронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии твёрдого тела (Рязань, 1986 г.), Всесоюзной конференции "Диагностика поверхности (Каунас, 1986 г.; Москва, 1989 г.), XX, XXI и XXII Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 1987 г.; Ленинград, 1991 г.; Москва, 1994 г.), Всесоюзном совещании по нанотехнологии квантовых интегральных схем (Москва, 1989 г.), международных конференциях "Adsorbate dynamics on solid surfaces" (Osaka, 1995), "Adsorbate dynamics and surface reactions" (Sapporo, 1996), "International vacuum congress" и "International conference on solid surfaces" (Yokohama, 1995; Birmingham, 1998), "Desorption induced by electronic transitions" (Seattle, 1996), ECOSS-18,20 (Genova, 1998; Krakow, 1999)"NANO-7, ECOSS-21" (Madrid, 2000) "International workshop on oxide surfaces-3,4" (San Jose, 2001, Tokyo, 2003), годовых собраниях физических обществ Японии (Yokohama, 1996, Kyoto, 1998, Sendai, 1999) и Германии (Regensburg, 2000, Hamburg, 2001). Результаты работы также докладывались и обсуждались на семинарах лабораторий, кафедр и отделов ряда университетов и институтов: в отделе электроники твёрдого тела Ленинградского госуниверситета, на кафедре физической электроники Ленинградского политехнического института, в отделе физической электроники института физики АН УССР, в институте физики твёрдого тела университета Токио, в институте химии Свободного университета Берлина, в отделе химической физики института Хабера (Берлин), на физическом факультете университета Йорка (Англия).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 33 статьях, а также в 27 опубликованных тезисов докладов, представленных на Всесоюзных, Российских и международных конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 337 страниц, в том числе 263 страницы машинописного текста, 137 рисунков на 75 страницах, список литературы на 30 страницах, включающий 507 наименований.