Akademik

специфические электронные состояния, связанные с наличием поверхности у кристаллического твердого тела.

Основной вывод электронной зонной теории твердых тел заключается в существовании зон разрешенных энергий, разделенных зонами запрещенных энергий. Решение уравнения Шредингера для периодического потенциала, связанного с бесконечной кристаллической решеткой, воспроизводит эти основные тенденции для объема кристалла. Наличие свободной поверхности приводит к прерыванию периодичности и, следовательно, изменяет краевые условия уравнения Шредингера.

Для одномерной задачи потенциал можно принять в упрощенном виде, показанном на рис. 1а. В этом случае имеются два типа решений. Первый тип соответствует объемным состояниям с волновыми функциями, распространяющимися в объеме и экспоненциально затухающими в вакууме (рис. 1б). Второй тип решения соответствует поверхностным состояниям, волновые функции которых локализованы в области поверхности, затухая экспоненциально и в объеме, и в вакууме (рис. 1в).

Поверхностные состояния принято разделять на состояния Шокли и состояния Тамма.

Состояния Шокли возникают как решение уравнения Шредингера в рамках модели почти свободных электронов. В этом приближении электрон-электронным взаимодействием пренебрегают, а решение ищут в виде плоских волновых функций. Существование состояний Шокли обусловлено только наличием границы кристалла и не требует каких-либо отклонений от объемных параметров в приповерхностной области. Этот подход в основном применим для нормальных металлов и узкозонных полупроводников.

Состояния Тамма получают при использовании модели сильной связи, в которой имеют дело с волновыми функциями, построенными из атомоподобных орбиталей. Этот подход применим для достаточно локализованных электронов. Наличие состояний Тамма предполагает значительные возмущения потенциала в области поверхности (например, из-за реконструкции поверхности или присутствия на ней ненасыщенных связей). Этот подход применим для d-электронов переходных металлов, а также для полупроводников и изоляторов.

• Зотов Андрей Вадимович, д.ф.-м.н.
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

1. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.