Немецкие ученые обнаружили, что на поверхности иридия в атмосфере водорода образуется периодическая структура одноатомных цепочек длиной до нескольких микрон с расстоянием между цепочками около 1.4 нм.

Рис.1. a, b - расположение атомов для реконструкции поверхности (5 x 1) (желтым показаны атомы двойных цепочек на поверхности); с - изображение поверхности иридия (100), полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии.

Перспективным методом получения наноструктур является их спонтанное формирование при определенных технологических условиях. Один из наиболее широко известных примеров спонтанно формирующихся наноструктур - квантовые точки . Немецкие исследователи обнаружили, что при некоторых условиях можно добиться самопроизвольного формирования одноатомных цепочек на поверхности иридия (100) [1].

Поверхность тела - выделенное место, и расположение атомов на поверхности может отличаться от расположения в объеме материала: на поверхности образуется кристаллическая структура, элементарная ячейка которой отличается от элементарной ячейки в объеме материала. Реконструкция поверхности характеризуется отличием периода элементарных ячеек слоя атомов на поверхности и в объеме вдоль различных направлений ((2 x 1), (7 x 7) и т.д.).

Рис.2. Изображение периодически расположенных одноатомных цепочек на поверхности иридия, полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии.

Атомно-чистая поверхность иридия (100) характеризуется реконструкцией поверхности (5 x 1) (см. рис.1); видно, что на поверхности существуют "пары" одноатомных цепочек (длина таких цепочек определяется размерами террас на поверхности кристалла иридия и может достигать микронного размера). Исследования немецких ученых показали, что при выдержке в атмосфере водорода при температуре кристалла выше180 K картина разительно меняется: одна из соседних атомных цепочек как бы "уходит в глубь", и на поверхности остается упорядоченный массив одноатомных цепочек с расстоянием между ними порядка 1.4 нм (5 постоянных решетки) - рис.2. Точнее говоря, формируется последовательность одноатомных цепочек с расстояниями между ними в 3, 5 и 7 постоянных решетки (эти цифры, естественно, определяются существованием начальной двухцепочечной структуры). И, в зависимости от технологических условий, удается добиваться доминирования того или иного расстояния между одноатомными цепочками (например, 70 % цепочек расположены на расстоянии пять постоянных решетки друг от друга, а по 15 % - на расстояниях 3 и 7 постоянных решетки друг от друга).

Ученые наблюдали изменение реконструкции поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии и дифракции медленных электронов. Было установлено, что описанное изменение реконструкции поверхности представляет собой фазовый переход первого рода, и "начальными точками" для перестройки служат структурные дефекты.

Рис.3. Полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии изображение комбинированной структуры. Для удобства в двух местах показано взаимное расположение атомов иридия (оранжевым) и железа (желтым).

Чем может быть полезна вся эта деятельность? Самоорганизующиеся структуры на поверхности могут быть использованы для создания наноразмерных электронных устройств, в частности, запоминающих устройств с очень высокой плотностью записи информации. Возможно, имея в виду последнюю возможность, ученые из Эрлангена продемонстрировали возможность использования структурированной под действием водорода поверхности иридия для создания комбинированных структур, содержащих упорядоченно расположенные цепочки атомов магнитных и немагнитных материалов. При нанесении малого количества железа на поверхность иридия атомы железа располагаюсь по соседству с атомами иридия в цепочках, т.е. также выстраивались в цепочки. В результате формировались периодические структуры, состоящие из одноатомной иридиевой цепочки в центре и двух одноатомных железных цепочке по бокам (рис.3). Исследования таких структур показали, что примерно 90 % атомов иридия в цепочках имеют по соседству два атома железа, т.е. образующиеся структуры достаточно совершенны.

1. L.Hammer, W.Meier, A.Klein et al. Phys.Rev.Lett., v.91, 156101 (2003).

Е.Онищенко