¿SUPERFICIES O INTERCARAS? - cv3.sim.ucm.es · por simplificar..... • superficies libres – sÓlido‐gas – sÓlido‐vacÍo • “intercaras de interfase” – sÓlido‐lÍquido

¿SUPERFICIES O INTERCARAS?¿SUPERFICIES O INTERCARAS?

¿MORFOLOGÍA O¿MORFOLOGÍA O ESTRUCTURA?

El término morfología se asocia habitualmente con una propiedad macroscópica del sólido, que se

refiere a la forma de la superficie o la intercara en cuestióncuestión.

El término estructura hace referencia a una descripción microscópica, atomística a veces, en ladescripción microscópica, atomística a veces, en la

que se detalla el ordenamiento atómico de la superficie o intercara.

Se tiende a hablar de superficie cuando nos referimos a la cara externa del material

(en definitiva una intercara fase condensada-fase gaseosa), y de intercarapara referirnos a “superficies” límite entre

dos fases distintas en un mismo estado de condensacióncondensación.

POR SIMPLIFICARPOR SIMPLIFICAR.......

• SUPERFICIES LIBRES– SÓLIDO‐GAS

– SÓLIDO‐VACÍO

“INTERCARAS DE INTERFASE”• “INTERCARAS DE INTERFASE”– SÓLIDO‐LÍQUIDO

– SÓLIDO‐SÓLIDO

• FRONTERAS DE GRANO• FRONTERAS DE GRANO

UN CASO “ESPECIAL”: PELÍCULA DELGADA

É Í¿QUÉ ES UNA PELÍCULA DELGADA? 

DEPENDE DEL FENÓMENO QUE ESTEMOS ESTUDIANDO O DE LA APLICACIÓN

En fenómenos de adsorción o catálisis basta una sola capa atómica

En otras aplicaciones: modificación depropiedades como endurecimiento,p p ,coloración, conductividad, reflectividad, etc.harán falta varias decenas de capasatómicas.

aglomeradodelátomosdetotalnúmeroátomosdenúmeroDispersión lessuperficia

=

121510 −−≈< scmFlujo σ 10≈< scmt

Flujo

PaP )(20

PNF A=TmolgM

PaPF)/(

)(1063.2 20=

MRTπ2TmolgM

torrPF)/(

)(1051.3 23=

Aire, T=300K, P=10-6 torr

15 2 1F= 3.8 1015 moléculas/cm2s-1

HAY QUE TRABAJAR EN ULTRAALTO VACÍO 10 9 TORRVACÍO ~ 10-9 TORR

La superficie tardaría enLa superficie tardaría en recubrirse del orden de 1000s

121510 −−≈< scmFlujo σ 10≈< scmt

Flujo

PaP )(20

PNF A=TmolgM

PaPF)/(

)(1063.2 20=

MRTπ2TmolgM

torrPF)/(

)(1051.3 23=

unidad de exposición: LANGMUIR. Una exposición de 1L significa que a la p p g qpresión y durante el tiempo de trabajo la superficie queda recubierta exactamente por una monocapa (si todas las moléculas que alcanzan la superficie quedan pegadas)g )

1 langmuir =1.33 10-4 Pa-s

¿RELAJACIÓN O RECONSTRUCCIÓN?¿RELAJACIÓN O RECONSTRUCCIÓN?

Cuando hablamos de Al hablar de reconstrucción estamos relajación nos estamos

refiriendo a una contracción en longitud

d l d l

refiriéndonos a cambios que no sólo afectan a las distancias interatómicas

sino también a las disposiciones tó i d d l bide enlace de la capa

superficial.

atómicas, dando lugar a cambios en la celda unidad de la superficie.

¼ de monocapa de C sobre Ni(100)induce la reestructuración de laúlti d Ni t t l lúltima capa de Ni, tanto paralelacomo perpendicularmente a lasuperficie, detal manera que loscuatro átomos de Ni que rodean a

Ni

C cuatro átomos de Ni que rodean acada átomo de C están rotadosrespecto a las capas inferiores.

C

Ni(100) (2x2)-C-R20

Azufre, S sobre Fe(110) crea supropio sitio de coordinación 4 SeFe propio sitio de coordinación 4. Seforman cuatro enlaces S-Fe fuertesque compensan el debilitamientode los enlaces entre Fe segundos

Fe

S

vecinos ocurrido durante lareestructuración de la superficie deFe limpia.

Fe (1110) (2x2)-S

La notaciónLa notación....

bbs bmamarr

rrr1211 +=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ bs

bamm

ba

rr

rr

1211

bbs bmambrrr

2221 +=⎟⎠

⎜⎝⎟⎠

⎜⎝

⎟⎠

⎜⎝ bs bmmb 2221

bb bbaarrrr

El caso más simple W{211}p(2x2)-H Ni(100) (2x2)-C-R20

Fe (1110) (2x2)-Sfcc (111) (√3x√3)

bbsbas

sbsb

bmbama

bbaarrrr

== ba ⎟⎞

⎜⎛bbsbas

ºφRbb

aa

b

s

b

s⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×

ba bb ⎠⎝

El oxígeno se coloca en sitios de El oxígeno es coplanar con los átomos d C P d í t l l

gcoordinación cuatro por encima de los átomos de metalNi(100)-c(2x2)-O

de Cu. Podríamos contemplar la estructura como si fuera una monocapa de compuesto Cu-OCu(110)-(2x1)-O

Los átomos de N ocupan ahora posiciones intersticiales entre la primera y la segunda capa de Ti, formándose de tres capas de TiN.Ti(0001)-(1x1)-NTi(0001) (1x1) N

Transición de rugosidadg

Escalones monoatómicos

Escalones de altura doble

Estructuras colina-valle

L fi i d í di dLas superficies de índices de Miller altos suelen estar formadas por escalones

¿Y LAS INTERCARAS REALES?¿Y LAS INTERCARAS REALES?

DEFECTOS PUNTUALES:•átomos adsorbidos (sobre la superficie o interticiales) •defectos tipo vacante•defectos tipodefectos tipo antiestructura

DEFECTOS LINEALES•Escalones•Escalones•Codos (kinks)

DEFECTOS EXTENSOS •Terrazas•Terrazas

ES EN REALIDAD UNA IDEALIZACIÓN: NO HAY

INTERCARAS REALMENTEINTERCARAS REALMENTE ABRUPTAS

DOPADO CRUZADO

FORMACIÓN DE UNACAPA INTERMEDIA DE UNNUEVO COMPUESTO

APARICIÓN DE TENSIONESAPARICIÓN DE TENSIONES PROVOCADAS POR DIFERENCIAS EN

EL PARÁMETRO DE RED, LA ESTRUCTURA CRISTALINA O ELESTRUCTURA CRISTALINA O EL

COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA

Incluso en el caso de que sólo tengamos un tipo q g pde cristal pueden aparecer intercaras asociadas

a la diferente de orientación entre distintas i d l i t lporciones del cristal

inclinación

rotación

Heterointerfase Cuando los materiales a ambosHeterointerfase Cuando los materiales a amboslados de la intercara son distintossurgirá un desajuste de susestructuras y la consecuenteestructuras y la consecuenteaparición de tensiones elásticas,que serán más o menos grandesen función del grado de desajuste.g j

Mientras los desajustes no seanMientras los desajustes no seanmuy grandes puedenacomodarse a través de defectoslineales (dislocaciones) tanto enlineales (dislocaciones) tanto enel caso de fronteras de granocomo de intercaras entre dosmateriales con estructurasmateriales con estructurasdistintas (dos fases distintas odos compuestos distintos comoen el caso de las películaspheteroepitaxiales).

Imagen de catodoluminiscencia dedislocaciones de desaj ste en n

16.2 nmdislocaciones de desajuste en unpozo cuántico InGaAs/GaAs paradiferentes espesores de la capa deGaAs

27.0 nm21.6 nm

37 8 nm

32.4 nm

37.8 nm

Tiene lugar unTiene lugar un cambio en la

secuencia atómica a lo largo de todo el escalón y a través de toda la películade toda la película

Los enlaces As-As tienencarácter donador

Los enlaces Ga-Ga tienencarácter aceptor

DOMINIO DE ANTIFASEANTIFASE

FRONTERAS DE ANTIFASE

8μm de InP sobre Si