Elektronová struktura povrchů

Zajišťuje: KEVF
Vyučující: RNDr. František Máca, CSc., RNDr. Ondřej Šipr, CSc., Prof. RNDr. Bedřich Velický, CSc.
Rozsah v ZS: 2/0
Rozsah v LS: 0/0
Třída: Postgraduální kurs

Anotace

Z oborů povrchové fyziky, které jsou v současnosti aktuální, byla zvolena mikroskopická teorie elektronové struktury povrchů s adsorbáty. Ta přináší množství studií nejrůznějších kombinací substrátů a adsorbátů vyšetřovaných pomocí výpočtů z prvních principů. Cílem této přednášky není zabývat se detaily aproximativních postupů a výpočetních algoritmů, ani jednotlivých fyzikálních systémů. Její poslání jsou tři:

poskytnout nespecialistům inteligentního průvodce houštinou prvoprincipielních metod z hlediska jejich kvality a vhodnosti pro různé úlohy,
interpretovat výsledky výpočtů v konkrétních případech kvalitativním způsobem a navázat je na tradiční úvahy v rámci pásových či orbitálních teorií; zároveň poukázat na to, kde se tradiční pohled mění anebo kde se obsah tradičních pojmů upřesňuje,
srovnat teoretické předpovědi s empirickou evidencí. Při tom rigorosně stanovit, jakou informaci o elektronové struktuře jednotlivé experimenty přinášejí.

Předpoklady

Tato přednáška je určena pro studenty doktorského studia a je vhodná i pro postdoktorální vzdělávání mladých pracovníků. Je orientována na specialisty ve fyzice povrchů pevných látek, a to jak experimentátory a technology, tak i teoretiky. Předpokládá se znalost kvantové fyziky a fyziky pevných látek v rozsahu magisterského studia na MFF a obeznámení s reáliemi povrchové fyziky (krystalografie a topografie povrchů, princip experimentálních metod povrchové fyziky).

Osnova

Elektronová a geometrická struktura povrchů
Základní pojmy teoretického popisu, geometrie povrchu, principy, možnosti a hranice techniky LEED, příklady rekonstrukce a relaxace povrchů polovodičů a kovů. Od jednoduchých modelů k prvoprincipielním výpočtům elektronové struktury, povrchové stavy, pásy, redistribuce náboje. Základní myšlenky, výhody a nedostatky různých přístupů k řešení pohybových rovnic.

Adsorpce jednotlivých atomů
Chemisorpce na kovovém povrchu, hybridizace stavů, porovnání klasických představ s výsledky výpočtů pro různé typy atomů, energetická bilance, ab-initio výpočty energetických bariér pro elementární difusní procesy.

Adsorpce molekul
CO na transitivnim kovu, klasické chemické představy (HOMO, LUMO) a výsledky výpočtů na základě aproximace funkcionálu hustoty (DFA). Základni pojmy popisu koadsorpce, chemická reakce na kovovém povrchu. Příklad: disociace jednoduché molekuly na povrchu kovu.

Adsorbovaná vrstva atomů na povrchu
Výstupní práce, ionizace a stínění, tvorba povrchové pásové struktury, fotoemisní intenzitní profily - hustoty stavů, výpočet intenzit, mapování elektronové struktury, fotoemise v ultrafialovém a rentgenovém oboru, příklady.

STM
Proč je interpretace STM obrazů obtížná? Co vidíme v STM? Standardní interpretační schema: Tersoff-Hamannovo přiblížení, Bardeenova aproximace, transportní formulace tunelovacího procesu. Tunelová mikroskopie na čistých a adsorbáty pokrytých površích polovodičů a kovů. Teoretický výpočet a experiment - příklady.

Doporučená četba:

Peter Y. Yu, Manuel Cardona: Fundamentals of Semiconductors, Springer-Verlag, Berlin, 1999, kap. 2 (Electronic Band Structures)
Hans Lueth: Surfaces and Interfaces of Solid Materials, Springer-Verlag, Berlin, 1996

Poznámka: Výběr nebo rozšíření témat může být na základě úmluvy přizpůsobeno zájmu zapsaných posluchačů.

1. září 2013, www@mff.cuni.cz