Идентификация кластеров щелочных металлов с помощью полевой десорбции
Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
ФГБУН «Физико- технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.795
Оригинальная статья
Аннотация: Исследовано образование кластеров из атомов калия и цезия на поверхности кристаллов вольфрама и рения. Исследование проводилось с помощью методов полевой электронной, полевой десорбционной микроскопии и времяпролетного масс-анализа десорбируемых электрическим полем ионов. Для определения масс производилась десорбция адсорбированных на поверхности образца частиц высоковольтным импульсом длительностью несколько наносекунд и измерение времени пролета иона от образца до детектора. Эксперименты проводились в сверхвысоком вакууме (p < 10-9 Torr). Атомы щелочных металлов на поверхность вольфрамового и рениевого полевых эмиттеров наносились из внешнего напылителя. В результате измерений были зафиксированы не только одноатомные ионы щелочных металлов, но и ионы кластеров, в которых содержалось до семи атомов. Количество ионов каждой массы зависело от напряженности электрического поля на образце. С ростом напряженности количество одноатомных ионов сначала немного растет, а затем резко уменьшается. Для кластерных ионов наблюдалась противоположная зависимость. При увеличении напряженности электрического поля количество кластерных ионов уменьшается, а затем возрастает. Описанные закономерности, вероятно, связаны с перемещением зоны полевой десорбции, и, соответственно, области идентификации кластеров по поверхности образца в форме острия. Количество десорбированных кластерных ионов отражает распределение кластеров по поверхности образца. При меньшей напряженности электрического поля на образце ионы десорбируются с области вблизи вершины острия. Эта область состоит из плотноупакованной кристаллической плоскости и широких ступеней, окружающих эту плоскость. При повышении напряженности зона десорбции расширяется, проходит через скругленную область поверхности между плоскими гранями и количество кластерных ионов падает. Затем, полевая десорбция начинается с боковых граней и ступеней, и растет количество десорбируемых ионных кластеров. Таким образом, можно предположить, что кластеры преимущественно образуются и располагаются на поверхности со ступенями плотноупакованных плоскостей.
Ключевые слова: адсорбция, цезий, калий, вольфрам, рений, электрическое поле, ионы
- Бернацкий Дмитрий Петрович – к.ф.-м.н., доцент, старший научный сотрудник, ФГБУН «Физико- технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»
- Павлов Виктор Георгиевич – д.ф.-м.н., старший научный сотрудник, ФГБУН «Физико- технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»
Ссылка для цитирования:
Бернацкий, Д.П. Идентификация кластеров щелочных металлов с помощью полевой десорбции / Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 795-804. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.795. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Nano tools and devices for enhanced renewable energy / ed.by S. Devasahayam, C.M. Hussein. – Amsterdam: Elsevier, 2021, 620 p. DOI: 10.1016/C2019-0-03671-0.
2. Luminescent Metal Nanoclusters. Synthesis, Characterization, and Applications / ed.by S. Thomas, K. Joseps, S. Appukuttan, M.S. Mathew– Amsterdam: Elsevier, 2022, 726 p. DOI: 10.1016/C2020-0-03396-7.
3. Naumovets, A.G. Collective surface diffusion: an experimentalist’s view / A.G. Naumovets // Physica A. – 2005. – vol. 357. I. 2. P. 189-215. DOI: 10.1016/j.physa.2005.06.027.
4. Большов, Л.А. Субмонослойные пленки на поверхности металлов / Л.А. Большов, А.П. Напартович, А.Г. Наумовец, А.Г. Федорус // Уcпехи физических наук. – 1977. – Т. 122. – Вып. 1 (500). – С. 125-128.
5. Muller, E.W. Field ion microscopy, field ionization and field evaporation / E.W. Muller, T.T. Tsong // Progress in Surface Science. – 1974. – V. 4. – P. 1-139. DOI: 10.1016/S0079-6816(74)80005-5.
6. Бернацкий, Д.П. Исследование поверхности твердого тела методом полевой десорбционной микроскопии непрерывного действия / Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов // Известия РАН. Серия физическая. – 2009. – Т. 73. – № 5. – С. 713-715.
7. Suchorski, Y. Field ion and field desorption microscopy: principles and applications / Y. Suchorski // In: Surface science tools for nanomaterials characterization; ed. by C.S.S.R. Kumar. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2015. – P. 227-272. DOI: 10.1007/978-3-662-44551-8_7.
8. Nanofabrication using focused ion and electron beams: principles and applications / ed. by I. Utke, S. Moshkalev, P. Russell. – Oxford: Oxford University Press, 2012. – 840 p.
9. Avasthi, D.K. Swift heavy ions for materials engineering and nanostructuring / D.K. Avasthi, G.K. Mehta // Springer Series in Materials Science. – V. 145. – Dordrecht: Springer, 2011. – XII + 280 p. DOI: 10.1007/978-94-007-1229-4.
10. Gross, H. From the discovery of field ionization to field desorption and liquid injection field desorption/ionization-mass spectrometry-A journey from principles and applications to a glimpse into the future / H. Gross // European journal of Mass Spectrometry. − 2020. − V. 26. − I. 4. − P. 241-273. DOI: 10.1177/1469066720939399.
11. Исаханов, З.А. Модификация свойств поверхности свободных пленок Si-Cu имплантацией ионов активных металлов / З.А. Исаханов, И.О. Косимов, Б.Э. Умирзаков, Р.М. Ёркулов // Журнал технической физики. − 2020. – Т. 90. – Вып. 1. − С. 123-127. DOI: 10.21883/JTF.2020.01.48672.202-19.
12. Field-ion microscopy / ed. by J.J. Hren, S. Ranganathan. − New York: Springer, 1968. − XIV + 244 p. DOI: 10.1007/978-1-4899-6513-4.
13. Beach, Th. Adsorption studies of aluminum oxide on rhenium by means of field emission microscopy / Th. Beach, R. Vanselow // Applied Physics. − 1974. − V. 4. − I. 3. − P. 265-270. DOI: 10.1007/BF00884238.
14. Добрецов, Л.Н. Эмиссионная электроника / Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. – Наука, 1966. – 564 с.
15. Panitz, J.A. Imaging atom-probe mass spectroscopy / J.A. Panitz // Progress in Surface Science. – 1978. – V. 8. – I. 6. – P. 219-262. DOI: 10.1016/0079-6816(78)90002-3.
16. Клименко, Е.В. Об электронном состоянии адсорбированных атомов цезия, лития и бария на грани (110) вольфрама / Е.В. Клименко, А.Г. Наумовец // Физика твердого тела. − 1971. − Т. 13. − Вып. 1. − С. 33-40.
17. Dalgarno, A. Atomic polarizabilities and shielding Factor / A. Dalgarno // Advances in Physics. − 1962. − V. 11. − I. 44. − P. 281-315. DOI: 10.1080/00018736200101302.
18. Мюллер, Э.В. Автоионизация и автоионная микроскопия / Э.В. Мюллер // Успехи физических наук. − 1962. −Т. 77. − Вып. 3. − С. 481-552. DOI: 10.3367/UFNr.0077.196207c.0481.
19. Шредник, В.Н. Автоэлектронная микроскопия Na на W в условиях миграционного равновесия / В.Н. Шредник, Е.В. Снежко // Физика твердого тела. − 1964. − Т. 6. − Вып.11− С. 3409-3422.