Введение к работе
Актуальность работы
Несмотря на то, что туннельным явлениям как в сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), так и в других областях физики, химии, биологии, нанотехнологии, уже посвящено достаточно много работ как теоретических, так и экспериментальных, этот раздел квантовой физики настолько сложен и многолик в своих проявлениях, что до сих пор представляет собой богатую почву для исследований как физики и химии поверхности, так и фундаментальных вопросов теории туннелирования в СТМ. Существуют различные режимы работы СТМ, но в каждом из них главным источником информации об исследуемом объекте или процессе является туннельный ток.
Распределения поля и плотности носителей важно знать для корректного расчета туннельного тока. В самом деле, туннельный ток зависит от плотности состояний на игле и в образце под иглой. С другой стороны, плотность состояний сама зависит от величины тока. Поэтому, в качестве первого шага, в диссертации проведены численные расчеты распределения поля и плотности носителей в полупроводнике как функции тока в классическом приближении. Показано как самосогласованно ставить задачу для расчетов в условиях, близких к реальным.
Знание асимптотик является необходимым шагом при расчетах туннельных явлений, которые происходят именно в асимптотических областях (АО). Как правило, расчеты асимптотик волновых функций атомов и простых молекул основываются на сшивке решений для электронной волновой функции в двух существенно различных областях движения электрона, АО (одноэлектронное приближение, где эффективный потенциал определяется кулоновским взаимодействием с ионным остовом) и ООЛЭ (основная область локализации электронов: многоэлектронная задача - методы квантовой химии). Сшивка двух решений проводится в области, где некорректны оба решения. Более адекватный метод [1], основанный на применении интегрального уравнения Липпмана-Швингера позволяет строить асимптотику волновой функции не используя сшивку, на основании: 1) информации о волновой функции в ООЛЭ, предварительно полученной из квантовохимических расчетов; 2) определения эффективного туннельного потенциала (ЭТП) и расчета с его помощью одноэлектрониой функции Грина для АО . Таким образом, расчет ЭТП - важный этап при расчете туннельного тока, являющегося в СТМ основным источником информации о поверхности.
Туннелирование электронов сквозь барьеры, в которых находятся электрон-содержащие системы — атомы или молекулы — часто встречается в различных задачах, связанных с подбарьерным переносом электронов. В сканирующей туїшельной микроскопии — это туннельные токи через адсорбированные частицы. Влияние адсорбатов на туннельные токи и есть основная физическая причина возможности их наблюдения в СТМ [2]. Известно, что межцентровое туннелирование электронов в конденсированных средах довольно сильно зависит от примесей, находящихся между центрами и рассеивающих туннелирующие электроны. То же влияние промежуточных частиц на туннелирование электрона составляет суть так называемого мостикового эффекта при туннелировании электронов в светочувствительных биомолекулах. Одним из способов описания этих процессов является предложенный в диссертации метод расчета амплитуды подбарьерного рассеяния. На зависимости амплитуды подбарьерного рассеяния от спинов основана описанная в последней главе методика наблюдения одиночных парамагнитных
цеіпров в системе СТМ с помощью широко используемого в физике поверхности электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Цель работы
выяснение влияния туннельного тока на плотность носителей в приповерхностном слое полупроводника, от которой, в свою очередь, зависит туннельный ток; численные расчеты для ряда электрофизических параметров полупроводников.
расчет обменной части эффективного туннельного потенциала как один из шагов для расчета туннельных токов в рамках метода [1]; определение влияния вида поверхностной функции Блоха на формирование туннельного тока.
разработка методики изучения влияния физадсорбатов на формирование туннельного тока.
Научная новизна и практическая ценность
Рассмотрены вопросы учета самосогласованного влияния туннелывых токов на платность носителей в приповерхностном слое. Показано, что для ряда параметров влияшем тока можно пренебречь. Указано, как в каждом конкретном случае можно провести оценку этой зависимости.
Предложен расчет обменной части ЭТП, как неотъемлемая часть метода [1] расчета туннельных токов. Иследованы закономерности влияния вида поверхностной блоховской функции на формироваше туннельного тока.
Разработан вариациоішо-асимптотический метод расчета амплитуды подбарьерного рассеяния электрона на атомных системах, а следовательно, и расчета влияния промежуточных атомных частиц на туннелирование электронов. В качестве проверки работоспособности метода проведены численные расчеты амплитуд подбарьерного рассеяния на атомах водорода и гелия. Выяснена спиновая зависимость подбарьерного рассеяния.
На основе данного метода совместно с ЭПР предложена методика идентификации одиночных спинов (парамагнитных цеіпров) на поверхности, исследуемой с помощью СТМ.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: S Научной конференцію отделения кинетики и катализа Института химической
физики им. Н.Н. Семенова РАН, г.Москва, Февраль, 1997. S Международной конференции "Microscopy of semiconducting materials", Оксфорд
(Великобритания), Апрель, 1998. S ГХ Международной (летней) школе-симпозиуме "Современная химическая
физика", Туапсе, 1997. S XI Международной (летней) школе-симпозиуме "Современная химическая
физика", Туапсе, 1999.
Публикации
Основные результаты работы опубликованы в четырех статьях и тезисах четырех
докладов на различных конференциях.
Структура диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии,
содержит 106 страниц, в т.ч. 25 рисунков и список литературы из 95 наименований.
