Іванов Ю. А., Малишев К. В., Перунів Ю. М., Федоркова Н. В.

Московський державний технічний університет ім. Н.Е. Баумана 2-я Бауманська, 5, Москва, РФ Федеральне державне унітарне підприємство «Центральний науково-дослідний радіотехнічний інститут (ФГУП «ЦНІРТІ»)

Нова Басманна, 20, Москва 107066, РФ Тел. +7 095 261-6626, факс +7 095 267-1559, +7 095 267-2143, e-mail: post@cnirti.ru


Анотація Розглядаються два з ряду можливих механізмів ініціювання дисоціації адсорбованих молекул на поверхні під зондом СТМ. Польова емісія з зонда в вакуум в умовах існування «потенційної воронки »в просторі зонд-підкладка створює стислий пучок електронів. Під електронним ударом відбувається поетапне коливальний збудження до межі дисоціації і збудження при одноразовому ударі в нестабільні предіссоціірующіе або отталківательних електронно-збуджені стани з наступним мономолекулярним розпадом. Дисоціація по другому шляху можлива також при польовий емісії електронів з зонда без «потенційної воронки». Обговорюються кількісні характеристики процесів, які використовуються для вибору їх ймовірного механізму.

I. Вступ

Про хімічних реакціях на поверхні твердого тіла відомо мало в порівнянні з реакціями в газовій фазі. Пошук нових методів для їх вивчення, особливо тих, де можлива просторова локалізація аж до атомних розмірів, дуже актуальне. Застосування скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) і мікроскопа на атомних силах (ACM) для цієї мети представляються перспективним. З іншого боку, зараз розвиваються напрямки нанотехнології із застосуванням СТМ і газових реагентів. Успіх багато в чому визначається створенням нового розділу фізичної хімії: кінетика і механізми фізико-хімічних процесів на поверхні під зондом СТМ.

II. Вихідні положення

Якщо вершина зонда СТМ знаходиться на відстані від поверхні провідної підкладки h ~ 1 нм, тунельний струм зонд-підкладка lptUn ~ 0. Польова емісія електронів з зонда СТМ в вакуум при потенціалі зонда ір -10 В і h ~ 1 нм можлива, якщо радіус кривизни вершини зонда близький до радіусу атома г-0, 5 нм. Діаметр плями від пучка на поверхні складе СМО нм при куті розбіжності пучка а ~ 80 °. При струмі IР~ 1 нА щільність струму складе jptUn~103 А-см ‘2, Що відповідає щільності потоку електронів Jg-6 ,24-1021 см ‘2-З ‘1. В [1] розрахунковим шляхом показано, що у вакуумному плоскому зазорі шириною h> 1 нм при UpWp> 10 В між зондом і підкладкою може виникнути «потенційна воронка», що стискає потік електронів в трубці d ~ 1 нм. Для цього на зонді або підкладці по осі стовпа повинен знаходитися адсорбований атом донорного або акцепторного типу. При виникненні такої «потенційної воронки» в стовпі струм може досягти lpt~ 10 мкА, щільність потоку електронів Je~6,24-1027 см ‘2 з ‘1 і щільність струму ip~109 А см 2 [1,2].

Приймемо:

• Поверхня підкладки під зондом СТМ покрита шаром фізично адсорбованих молекул (адмолекул) товщиною не більше 1 монослоя. Температура в СТМ кімнатна.

• Швидкості термодинамічних рівноважних хімічних реакцій між ними при кімнатній температурі пренебрежимо малі.

• Спостережуваний процес починається з дисоціації адмолекул під ударами електронів. Швидкість дисоціації визначає швидкість процесу в цілому. У хімічних реакціях радикалів один з одним, з адмолекуламі і атомами поверхневого шару підкладки виникають летючі і тверді продукти.

• Зонд СТМ емітує електрони завдяки польовий емісії.

III. Можливі шляхи дисоціації адмолекул

Розглянемо два шляхи дисоціації молекул.

1. Нізкопороговий процес ступеневої коливального збудження адмолекули в основному електронному стані багаторазовим електронним ударом аж до межі дисоціації і розпаду збудженої молекули. Енергетичний поріг такого збудження (мінімальна кінетична енергія електронів £e=eUp) Становить £ei=eUpi ~ 0,1 еВ для складних молекул і Eei ~ 0,5 еВ для Н2, <