Температура плавления нанокластеров. Методика определения фактора Дебая-Валлера по интенсивности спектров СРЭО

1.

13 лекция. Температура плавления нанокластеров. Методика определения
фактора Дебая-Валлера по интенсивности спектров СРЭО. Учет влияния
подложки
на
температуру
плавления
нанокластеров
золота,
сформированных на их поверхности.
National Research Nuclear University “MEPhI”
31 Kashirskoe chausse, 115409 Moscow, Russia

2. Почему нанокластеры на подложке?

Свободные нанокластеры
просты для симуляций
Осажденные
нанокластеры
или
захороненные
Энергонезависимая
память
Катализаторы
Сенсоры
подложка

3. Плавление нанокластеров

Хорошо известно, что Tm
с уменьшением размера
нанокластеров уменьшается
Задачи:
RT
~2 нм
1) Установить влияние подложки
Tm(d) для нанокластеров на различных подложках
2) Новая методика измерения Tm(d)?
СРЭО

4.

Исследуемые системы
Осажденные нанокластеры Au, d = 2 - 8 nm
Au / HOPG
(OOO1),
СТМ
50×50
нм2
7×7
нм2
Omicron LF1 (NNSU)
Au / аморфная
пленка SiO2 / Si,
ПЭМВР
JEM 2000 EX (MEPhI)
50×50 нм2
7×7 нм2

5.

Условия эксперимента
ИЛО золота в СВВ
XSAM-800 system
Лазер YAG:Nd 1.06 мкм laser,
режим модулируемой
добротности, длительность
импульса ~15 нс, 108 Вт/см2,
давление 10-9 Торр
in situ РФЭС, СРЭО,
ex situ СТМ, ПЭМ
Спектроскопия рассеянных
электронов на отражение
500 эВ, 30 μA электронный пучок,
125° угол рассеяния, ±20°
апертура сферического
анализатора
@ Комнатная
температура

6.

Экспериментальные СРЭО спектры
нанокластеров Au на ВОПГ
Спектроскопия
упруго Рассеянных
Электронов на
Отражение (СРЭО)
Спектроскопия
Характеристических
Потерь Энергии
Электронов
(СХПЭЭ)

7.

Интенсивность упруго-рассеянных
электронов на кластерах Au от
размера
Au/SiO2
Au/HOPG
d, nm

8.

Зависимость интенсивности упруго рассеянных
электронов от дифференциального сечения
упругого рассеяния:
d
2
I~
( 0 ) f ( 0 ) S exp 2W
d
Амплитуда
упругого
рассеяния
электрона на
одном атоме
Фактор Дебая
Валлера
u2
W ~ u 2 ~ 1/ 2D ~ 1/ Tm
Структурный фактор
среднеквадратичное
отклонение
2
локальной высоты от
среднего значения
Шероховатость поверхности
Температура
Дебая
и
Температура
плавления

9.

Зависимоть интенсивности I от размера
осажденных нанкластеров
TAu
2 2
I (d )
(d ) exp 2WAu
1 qz ( d )
I Au
Tm (d )
Степень
Температура
покрытия
плавления
поверхности (d)
кластеров
Интенсивность
Фактор Дебая Валлера
СРЭО
металлического Au при
кластеров Au
комнатной температуре
Is Is
I Au I Au
Из профиля
высот по СТМ
Интенсивность
СРЭО от
подложки
экспериментально из
СТМ и ПЭМ изображений
экспериментально из спектров СРЭО
Определение температуры
плавления нанокластеров Tm(d)

10.

Шероховатость поверхности кластеров Au на ВОПГ
высота~0.8nm
Шероховатость
поверности
Au/ВОПГ, 8×8 нм2 СТМ
среднеквадратичное
отклонение
локальной высоты от
среднего значения
h( r ) h

11.

Размерная зависимость температуры
плавления нанокластеров Au на
разных подложках
Au/SiO2
Au/HOPG
RT
~1.5 нм ~3.0 нм
Существенная зависимость Tm(d)
от типа подложки

12.

Фазовое состояние нанокластеров Au
высота ~ 0.8 нм
Кристаллический
Жидкий?
d=1.5 нм
d=4 нм
Шероховатость
поверности
Кластеры Au/ВОПГ
не жидкие
Au/ВОПГ, 8×8 нм2 СТМ
Кластеры с d<1.5 нм
не кристаллические
Au/SiO2, 12×12 нм2 ПЭМ

13.

Термодинамический подход
Au/HOPG
Au/SiO2
Выражение
Томсона-Гибса
Tm (d )
4 sl 1
TAu
H S d
энергетический
барьер
Давление Лапласа,
2 sl
2 leff
*
d 2l
d
нанокластеров
l*~1-2 ML – толщина жидкого слоя на пов-ти нанокластеров Au
leff – эффективное поверхностное натяжение,
*
Tm (d )
2
Поверхностное плавление
TAu
H s
зависящее от угла смачивания a
(учет формы, влияние подложки)
a
l
s
1
l
a
ВОПГ
SiO2
a=70°, l* = 0.7нм
a=150°, l* = 0.4 нм