Введение к работе
Актуальность теш. Уровень знакий о структуре, составе и свойствах свободных поверхностей и поверхностей раздела, о процессах и явлениях, протекающих на этих поверхностях и составляющих содержание фундаментальных проблем физяко-химич поверхности, обуславливает вогмояности успешног , развития прикладных исследований по разработке новых материалов, созданию новых приборов, машин, механизмов и ваїкнейших технологических процессов. Это, в свою очередь, решающим образом сказывается на развитии техники и народного хозяйства.
Хорошо известно [1-2J, что во многих случаях механическое разрушение твердых тел начинается с поверхностных слоев. Этим слоям приписывается большая дефектность (пустоты, поры, дислокационные скопления), которые являэтСя концентраторами механических напряжений.
В последние годы интенсивные исследования атомно чистых поверхностей в сверхвысоком вакууме методами электронной спектроскопии, дифракции и др. показали, что свободная поверхность сама по себе является мощным двумерным дефектом. Она отличается от объема кристалла электронной и атомной структурой, динамикой решетки ЕЗ]. В частности, на поверхности межатомное взаимодействие ослаблено по сравнению с объемом, а среднеквадратичные амплитуды атомных колебаний, и коэффициент термического расширения б несколько раз больше, чем в объеме.
С точки зрения кинетической теории разрушения [4] это должно приводить (при прочих равных условиях) к ускоренному разрушению поверхностных слоев твердых тел.
При таком подходе большое внимание уделяется не только развитию уже имогг-'чхся дефектов-концентраторов напряжений в поверхностных слоях, но механизму их генерации.
Особенности структуры, межатомного взаимодействия и атомной динамики свободной поверхности позволяют ояидать значительных эффектов воздействия механической нагрузки на поверхностные атомные слои кристаллов. Исследования в этом направлении, п..ар-вые начатые в отделе физики прочности ІТИ им. А. Ф.ИоЛфе [5-6]. показали, что большие >.;е;;аническир. нагрузки сильно алиянт ні
- 4 -атомну» и электронную структуру поверхности. Анализ полученных результатов показал, что в поверхностных слоях под влиянием механического поля происходит ускоренноо по сравнению с объемом разрушение кристаллической решетки, зарождение в них большого количества дефектов. Однако многие стороны этого процесса не ясны, в частности - механизм зарождения разрушения твердых тел на атомных масштабах.
Целью работы является выявление специфически поверхностных особенностей деградации поверхности.
В соответствии с целью в работе решались следующие задачи.
І.Еьіявление дефектоа атомной структуры образующихся в поверхностных слоях Ge и Si под влиянием механического растяжения. Установление их размеров и концентрации.
2.Установление ряда особенностей перехода порядок-беспорядок в поверхностных слоях Ge(lll) под влиянием механического растяжения.
3.Изучение влияния механического растяжения на картины ДМЗ от поверхности (0001)слюды.
4.Прямое наблюдение с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) воздействия растягивающего напряжения на геометрическое строение поверхностей Ge(lll), Si (111) и аморфного сплава FeyoCr^Bjs.
Научная новизна работы:
1.Показано, что обратимое линейное разуплотнение поверхностных слоев <1нм и порядка Знм, определенное из сдвига плазменных пиков от нагрузки, соответствует упругой деформации решетки в этих слоях. Показано, что по смещению плазменных пиков от нагрузки можно определить упругие модули поверхностных слоев <1нм и порядка Знм.
2. Обнаруяено анизотропное уширение дифракционных рефлексов в азимутальном направлении 121]. Показано, что это изменение формы рефлексов связано с образованием системы атомных ступенек на поверхности.
3.Методом дифракции быстрых электронов (ДБЗ) обнаружен переход поверхностного слоя толіцнной порядка Знм в Ge(lll) из мо-ночриста-шическш о состояния в начежристаллйческое и аморфное
- 5 -состояние в диапазоне нагрузок 10с-109Па.
4.Обнарунено сильное влияние механического напряжения на картины ДМЭ в слюде, заключающееся в увеличении фона, в падении интенсивности рефлексов, в их расшеплечии.
5.Методом СТМ изучено влияние растягивающей нагрузки на топографию поверхности Ge (111). Si (41) и аморфного сплава F&poCTjsBis- Обнаружено значительное изменение рельефа поверхности исследованных образцов под нагрузкой Оценены размеры дефектов, прослежено их изменении во времени. / Практическая и научная ценность работы заключается в систематических исследованиях (in situ) зарождения различного масштаба дефектов в поверхностных слоях монокристаллов Ge, Si и Fe7oCr15Bi5. Полученные результаты могут служить основой для построения модели, описывающей атомный механизм зарождения разрушения твердых тел.
Основные полокекия диссертации, выносимые на защиту:
1.Анализ результатов фотометрирования рефлекса (21) в направлениях [21] и [12] показал, что наблюдаемое уширение рефлексов в соответствующем азимутальном направлении под нагрузкой связано с образованием системы атомных ступенек, ширина террас которой имеет в среднем по четыре атома, а высота ступенек порядка атомного размера.
2. При больших нагруз-.сах б~1ГПа обнаружено разбиение поверхностного слоя толщиной порядка Знм на разориентирозанные кристаллики размером 2 - Знм, что проявляется в образовании и угаи-рении колец на дифрактограммах.
3.Обнаружены значительные эффекты воздействия механической нагрузки на картины ДМЭ в слюде, заключающиеся в увеличении фона, в падении интенсивности рефлексов, в их расщеплении.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Ленинабад, апрель 1990 г, на XXIИ Всесоюзном сем' rape „Актуальные проблемы прочности',' Ленинабад, октябрь 1990 г, на XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной элсктр-чіпке. Ленинград, январь 199. г, на 14 Меядунароснон конференции по физике прочности и пластичности, Самара, июнь 19ЯГ> г,
5lh International Conference on the Structure of Surfaces, July 19S6 - Aix en Provence. France (ICSOS-5), на научных семинарах в ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы.Диссертационная работа состоит иэ введения, четырех глав, заключения с общими выводами и списка цитированной литературы Объем работы составляет страниц, включая рисунков, таблиц и список литературы из наименований.
