Кіріспе

Адатом – қатты материалдың бетіне адсорбцияланған атомды білдіретін сөз.

Адатом – кристалл бетінде жатқан атом, оны беттік бос орынның қарама-қарсысы деп қарастыруға болады. Бұл термин беттік химия және эпитаксияда бетте жатқан жеке атомдарды және беттік дөрекілікті сипаттағанда қолданылады. Бұл сөз "адсорбцияланған атом" сөздерінің біріктірілісінен жасалған. Жеке атом, атомдардың кластері немесе молекула немесе молекулалардың кластері "адбөлшек" деген жалпы терминмен аталуы мүмкін. Бұл көбінесе термодинамикалық тұрғыдан қолайсыз жағдай. Дегенмен, графен сияқты жағдайлар мұндай жағдайға мысал бола алмайды.

Адотомның өсуі

"Адотом" – адсорбцияланған атом деген сөздің қысқартылған түрі. Атом кристалл бетіне жеткенде, кристаллдың периодтық потенциалымен адсорбцияланады, осылайша адотомға айналады. Бұл потенциалдың минимумдары бетте адсорбция орындарының желісін құрайды. Адсорбция орындарының түрлері әртүрлі. Осы орындардың әрқайсысы беттің әртүрлі құрылымына сәйкес келеді. Адсорбция орындарының бес түрі бар: террасада, онда адсорбция орны өсіп жатқан беткі қабаттың үстінде орналасады; өсу қабатының жанындағы қадам шетінде; өсу қабатының иілімінде; өсу қабатының қадам шетінде және беткі қабатта, онда адсорбция орны төменгі қабаттың ішінде болады. Осы адсорбция орындарының ішінде кристалл өсуінде ең маңызды рөлді иілген орындар (kink sites) атқарады. Иілген орындардың тығыздығы – өсу кинетикасының маңызды факторы. Атомды иілген орынға қосу немесе одан алу кристаллдың бос беттік энергиясын өзгерте қоймайды, себебі бұзылған байланыстардың саны өзгермейді. Бұл иілген орындағы атомның химиялық потенциалы кристаллға тең екенін көрсетеді, яғни иілген орын – адотом кристаллдың құрамына енетін жалғыз адсорбция орнының түрі. Барлығында бес түрлі қабат өсуі болады: қалыпты өсу, қадамдық ағыс өсуі, қабат бойынша өсу, көп қабатты (немесе үш өлшемді арал) өсу және спиральді өсу. Адотом кристаллдың құрылысына байланысты кристаллмен бірнеше байланыс жасай алады. Егер бұл қарапайым кубтық тор болса, адотомда 6 байланысқа дейін болуы мүмкін, ал бетке орталықталған кубтық торда 12 жақын көрші болуы мүмкін. Қанша байланыс болса, энергия соғұрлым тұрақтанады, адотомды десорбциялау қиындайды. Адотом үшін ерекше орын – иілген орын, онда бетпен байланыстың жартысы ғана қалыптасады, бұл "жартылай кристаллдық жағдай" деп аталады.

Магниттік адатомдар

Адоматтар кристалдағы басқа атомдарға қарағанда аз байланыста болғандықтан, бос электрондарға ие. Бұл электронның спині бар, демек магниттік моменті бар. Магниттік өріс сияқты сыртқы әсер болғанша, магниттік моменттің бағыты белгісіз болады. Адоматтардың бетіндегі құрылымын сыртқы магнит өрісін өзгерту арқылы реттеуге болады. Осы әдіс арқылы атомдық тізбек сияқты теориялық жағдайларды модельдеуге болады. Адоматтарды қолданғанда кванттық механиканы ескеру қажет, өйткені олардың өлшемі өте кішкентай. Атомның тудыратын магниттік өрісі негізінен электрондардың орбитасы мен спинінен пайда болады. Протон мен нейтронның магниттік моменттері, олардың үлкен массаларына байланысты, электронға қарағанда мардымсыз. Бос электрондары бар атом сыртқы магнит өрісінде болғанда, оның магниттік моменті сыртқы өріспен сәйкес келеді, себебі бұл оның энергиясын төмендетеді. Сондықтан байланысқан электрондар бұл магниттік моментті көрсетпейді, олардың энергия жағдайы тұрақты және оны өзгерту тиімсіз. (Магниттік бағытталған) атомның магниттелуі келесідей беріледі:

мұнда N – электрондар саны, gj – g факторы, μB – Бор магнитоны, kb – Больцман тұрақтысы, T – температура және j – жалпы бұрыштық импульс кванттық саны. Бұл формула электронның магниттік энергиясы және алмасу әрекеттесуі болмаса деген болжаммен қолданылады.

Адоматтың бетіндегі қозғалысы

Адатомдардың бір бет арқылы қозғалысын Бертон, Кабрера және Франк (CBF) моделімен сипаттауға болады. Модель адатомдарды беттегі 2D газ ретінде қарастырады. Адатомдар диффузия тұрақтысы D арқылы диффузияланады; олар атом сайын белгілі бір жылдамдықпен жоғарыдағы ортаға десорбцияланады және F ағынымен адсорбцияланады. Қазіргі технологиялардың арқасында эпитаксиялық қабықшаның үстінде адатомдардың тізбектік тізімін жасау мүмкін. Бұл теориялық жағдайларды талдауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, Usami және авторлар SiGe кристаллына Si атомдарын қосу арқылы кванттық құдықтарды жасауға қол жеткізді. Осы құдықтарда олар құдықтарға локализацияланған экситонның фотолюминесценциясын байқады.