Введение к работе
Актуальность темы. Исследование особенностей электронной структуры разнообразных форм конденсированного углерода спектроскопическими методами является традиционной задачей физики твердого тела. Она включает в себя широкий круг фундаментальных и прикладных задач от описания электронной структуры кристаллических модификаций углерода: графита, алмаза, карбина, фуллерена и тубулена до изучения влияния различного вида дефектов и примесей на их электронный спектр.
В настоящее время научный и практический интерес исследователей вызывают искусственно созданные, исключительно многообразные системы на основе графитоподобных конденсатов.
Являясь конечным продуктом термического разложения паров углеводородов в вакууме или среде инертного газа, пироугаерод, будучи подвергнутым термической обработке, конденсируется в кристаллическую структуру адекватную графитовой - пирографит (ПГ). ПГ термомеханической обработкой возможно превратить в квазимонокри-сталлический графит.
Синтез новых электропроводящих материалов на основе графита, так называемых интеркалированных соединений графита, с интересными электрофизическими свойствами, в том числе и сверхпроводимостью, стимулирует повышенный интерес к ним не только из-за практической значимости, но и как к модельным объектам.
Существующие в настоящее время теоретические модели строения зон дефектных и легированных систем на основе графита еще не получили достаточно надежного экспериментального обоснования. Предметам спектроскопических исследований остается изучение влияния дефектности и легирования на структуру валентной полосы и взаимное расположение зон графитопадобной матрицы.
Цель работы состоит в изучении электронной структуры графитоподобных конденсатов разной природы методом оже- электронной спектроскопии и установлении физической картины влияния донорного легирования на структуру валентной зоны дефектных углеродных конденсатов.
Задачи исследования:
1. Усовершенствовать экспериментальную методику получения и математической обработки оже-элекгронных С KW спектров с целью получения информации о валентных состояниях графитоподобных конденсатов.
-
Исследовать угловое распределение эмиссии оже-элекгронов и: графита, а также влияние условий проведения эксперимента на форму < KW спектров с угловым разрешением.
-
Установить связь тонкой структуры С KW спектров с распределением плотности электронных состояний в валентной зоне графито подобных веществ с различной дефектностью.
-
Исследовать влияние примесей на ширину валентной полосы и взаимное расположение зон в углеродных конденсатах.
Метод исследования. Для решения поставленных задач был использован метод оже-электронной спектроскопии. Эксперимент проводился на оже-элекгронном спектрометре, созданном в СКБ аналитического приборостроения АН СССР для исследования процессов на поверхности твердых тел в условиях высокого вакуума. Измерительные приборы спектрометра имели метрологическую аттестацию.
Научная новизна работы состоит в том, что представленные результаты эксперимента и анализа тонкой структуры С KW оже-спек-тров графитоподобных конденсатов уточняют и дополняют представления об влиянии дефектов и примесей на плотность валентных состояний в них. В диссертации дано объяснение углового распределения эмиссии оже-электронов из графита с использованием зонного подхода, что позволяет получать информацию об анизотропии локальной электронной плотности валентных состояний.
Положения, выносимые на защиту:
-
Распределение интенсивности в оже-спекграх конденсированного углерода таково, что основной вклад в спектр вносят р-элекгроны. Усреднение, вносимое операцией обращения самосвертки экспериментальных спектров, дает картину распределения этих р-состояний в пределах валентной полосы, поправленную на сечение оже-процесса.
-
Тонкая структура обращенных оже-спектров графита с угловым разрешением обусловлена не только угловыми зависимостями сечения оже-процесса, но главным образом анизотропией локальной плотности электронных состояний в валентной зоне графита и аппаратурными факторами.
-
Существует общая для дефектных графитоподобных конденсатов закономерность изменения электронной структуры верхней части валентной полосы. Факторами, определяющими эти изменения, является гофрировка слоев и внедрение между ними атомов углерода или примеси. Результатом влияния дефектов является некоторое сужение зон.
4. Восприимчивость к адсорбции цезия поверхности пирографита в основном зависит от концентрации дефектов слоев. При уменьшении этой дефектности концентрация адсорбированного цезия увеличивается.
Практическая значимость работы.
Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего обобщения и анализа эмпирических данных оже-спектроскопических исследований, а также развития модельных представлений при описании электронного строения дефектных и легированных углеродных веществ, в том числе каркасных углеродных структур: фуллеренов и тубуленов.
Прикладное значение результатов диссертационного исследования заключается в возможности разработки на его основе научно обоснованных технологий получения и применения углеродных материалов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на П Всесоюзной школе по физике и химии рыхлых и слоистых кристаллических структур (Харьков, 1988), Всесоюзной конференции по физике и химии поверхности "Поверхность 89" (Черноголовка, 1989), XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1991), Научно-технической конференции "Физико-химические и механические процессы в композиционных материалах и конструкциях" (Москва, 1996), Международной конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (Саранск, 1997), Ш Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1997).
Публикации. Основные результаты опубликованы в одной статье и 8 тезисах докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, трех глав и заключения. Она изложена на 150 страницах, включая 60 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 101 наименований. В работе используется нумерация формул и рисунков по главам.
