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

Почему нанокластеры на подложке?
Свободные нанокластеры
просты для симуляций
Осажденные
нанокластеры
или
захороненные
Катализаторы
Сенсоры
Энергонезависимая память

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

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

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

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

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

Зависимость интенсивности упруго рассеянных электронов от дифференциального сечения
упругого рассеяния:
Структурный фактор
Амплитуда упругого рассеяния электрона на одном атоме
Фактор Дебая Валлера
среднеквадратичное отклонение локальной высоты от среднего значения
Температура Дебая
и Температура плавления
Шероховатость поверхности

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

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

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

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