Введение

Слово-смесь для обозначения атома, адсорбированного на поверхности твердого материала.

Адатом — это атом, находящийся на поверхности кристалла, и его можно рассматривать как противоположность поверхностной вакансии. Этот термин используется в поверхностной химии и эпитаксии при описании отдельных атомов на поверхности и шероховатости поверхности. Слово является образованием из слов "adsorbed" (адсорбированный) и "atom" (атом). Отдельный атом, кластер атомов, молекула или кластер молекул могут обозначаться общим термином "адчастица". Это часто термодинамически невыгодное состояние. Однако такие случаи, как графен, могут являться контрпримерами.

Рост атома

"Адотом" – это слово-слияние, сокращение от "адсорбированный атом". Когда атом достигает поверхности кристалла, он адсорбируется периодическим потенциалом кристалла, таким образом становясь адотом. Минимальные значения этого потенциала формируют сеть участков адсорбции на поверхности. Существуют различные типы участков адсорбции. Каждый из этих участков соответствует различной структуре поверхности. Выделяют пять различных типов участков адсорбции: на террасе, где участок адсорбции находится на вершине растущего поверхностного слоя; на краю ступени, примыкающем к растущему слою; в изгибе растущего слоя; на краю ступени растущего слоя и внутри поверхностного слоя, где участок адсорбции находится в нижнем слое. Из всех типов участков адсорбции наибольшую роль в росте кристаллов играют участки в изгибах. Плотность изгибов является ключевым фактором кинетики роста. Присоединение атома к участку в изгибе или удаление атома из него не изменяет свободную поверхностную энергию кристалла, поскольку число разорванных связей не меняется. Это означает, что химический потенциал атома в изгибе равен химическому потенциалу кристалла, то есть участок в изгибе – единственный тип участка адсорбции, где адотом становится частью кристалла. Всего существует пять различных типов роста слоев: нормальный рост, рост ступенями, послойный рост, рост многослойных (или трехмерных островков) и спиральный рост. Адотом может образовывать более одной связи с кристаллом, в зависимости от структуры кристалла. Если это простая кубическая решетка, адотом может иметь до 6 связей, а в гранецентрированной кубической решетке – до 12 ближайших соседей. Чем больше связей образовано, тем больше энергии локализовано, что затрудняет десорбцию адота. Особым участком для адота является изгиб, где может быть образовано ровно половина связей с поверхностью, также называемое "полукристаллической позицией".

Магнитные атаматы

Адомы, из-за меньшего числа связей по сравнению с другими атомами в кристалле, обладают несвязанными электронами. Эти электроны имеют спин и, следовательно, магнитный момент. Этот магнитный момент не имеет предпочтительной ориентации до воздействия внешнего фактора, такого как магнитное поле. Структуру адомов на поверхности можно регулировать, изменяя внешнее магнитное поле. С помощью этого метода можно моделировать теоретические ситуации, например, атомную цепь. При работе с адомами необходимо учитывать квантовую механику из-за их малого размера. Магнитное поле, создаваемое атомом, в основном обусловлено орбитальным и спиновым моментами электронов. Магнитный момент протона и нейтрона пренебрежимо мал по сравнению с магнитным моментом электрона из-за их большей массы. Когда атом со свободными электронами помещен во внешнее магнитное поле, его магнитный момент выравнивается с этим полем, поскольку это снижает его энергию. Именно поэтому связанные электроны не проявляют этот магнитный момент, так как они уже находятся в благоприятном энергетическом состоянии, и его изменение энергетически невыгодно. Магнетизация (магнитно выровненного) атома определяется следующим образом:

где N – число электронов, gj – g-фактор, μB – магнетон Бора, kb – постоянная Больцмана, T – температура, а j – полное квантовое число углового момента. Эта формула справедлива при условии, что магнитная энергия электрона задается выражением и отсутствует обменное взаимодействие.

Движение атома по поверхности

Движение адатомов по поверхности можно описать моделью Бертона, Кабреры и Фрэнка (CBF). Модель рассматривает адатомы как двумерный газ над поверхностью. Адатомы диффундируют с коэффициентом диффузии D; они десорбируются обратно в окружающую среду со скоростью на атом и адсорбируются с потоком F.

С помощью современных технологий стало возможным создать линейную цепочку адатомов на поверхности эпитаксиальной пленки. Это позволяет анализировать теоретические ситуации. Более того, Usami et al. смогли создать квантовые ямы, добавляя атомы Si в массивный кристалл SiGe. В этих ямах они наблюдали фотолюминесценцию экситонов, локализованных в этих ямах.