表面結構：固體表面幾個原子層中原子的排列情況。包括表面單位格線的形狀和大小，它相對於基底單位格線的取向，表面單位格線中原子的數目和相對位置（鍵長和鍵角等），最外層原子與第二、三……層原子的距離以及表面各層中原子的種類和排列狀況等。
基本介紹
- 中文名：表面結構
- 含義：原子的排列情況
- 包括：表面單位格線的形狀和大小
- 特點：二維周期不同於襯底的周期
簡介,描述,常用手段,
簡介
晶體中原子排列的周期性在垂直於表面的方向上於表面處突然中斷，使表面幾層的原子所受內外兩側的力失去平衡，通過自給作用達到新的平衡後，表層原子的鍵長和鍵角均與體內不同，一般表現為表層原子沿垂直於表面的方向產生一定位移。位移可向外（膨脹），也可向內（收縮），此稱為表面弛豫，表面區中不同原子層的弛豫程度不同。表層內原子新的平衡位置也可表現為沿表面產生了橫向移動，而且其二維周期性也與體內不同，此稱為表面重構（或表面再構）。表面區內還可能存在各種缺陷，例如空位、填隙原子、階梯、疇界等各種偏離二維周期性的結構。來自環境的外來原子或分子由於物理作用和化學作用粘附於固體表面的過程稱為吸附。吸附物可在固體表面形成無序的或有序的覆蓋層。有序覆蓋層一般形成重構結構，其二維周期不同於襯底的周期。
描述
將一塊晶體沿某晶面切開，而不改變切開面附近原子的位置和電子的密度分開，所形成的表面稱為“理想表面”,理想表面在自然界是不存在的。在表面附近,由於垂直於表面方向的晶體周期性中斷，作用在表面原子內外兩側的力失去平衡，相應的電子密度分布也發生變化，通過表面原子和電子自洽相互作用，使得表面原子和電子分布趨向新的平衡，這個過程叫做表面弛豫。晶體表面附近3～5層原子，其弛豫程度各不相同，形成了晶體和真空的過渡層,它像織邊一樣鑲在晶體的四周,決定著很多重要的表面物理、化學性質。由於織邊的存在，及電子向真空區的逃逸，在表面區可以出現電偶極層。
對多數金屬清潔表面，表面原子向新的平衡位置弛豫只引起表面法向原子間距膨脹或收縮，而不改變平行於表面的二維周期結構，即所謂的弛豫表面；但是對多數半導體和少數金屬晶體清潔表面，弛豫後平行於表面的原子排列的周期結構也發生了變化，改變了周期結構的表面稱為再構表面。再構也是弛豫的結果，如Si、Ge、GaAs、Pt、Au都存在再構表面。
晶體表面還經常出現台階和各種缺陷，由於它對晶體生長和化學催化起著特殊作用，所以近年來很受人們重視，特別對Pt的台階表面研究得最多。
實際的晶體表面經常吸附著外來的原子或分子（體內雜質也經常通過表面分凝而跑到表層），吸附在表面上的外來原子（或分子）一方面引起基底表面原子的排列發生變化,出現再構表面〔如Si(111)7×7結構吸附少量Au後變成5×5結構〕；另一方面吸附原子(或分子)本身的排列也常常呈不同於襯底的周期結構〔如 Ni(001)上的S，Co呈C(2×2)結構〕。同一晶體的不同晶面，不同溫度和不同吸附量經常出現不同的表面結構。
為方便起見，可用二維結晶學的方法來描述表面結構（見表面物理學）。應當指出，原子在表面的排列實際上是三維的。所以用二維結晶學的方法來描述只是個近似，或者說是它在表面上的投影。
常用手段
研究表面結構常用的手段是低能電子衍射，它的理論和實驗都發展得比較成熟。此外，也有採用反射高能電子衍射(RHEED)、掃描高能電子衍射(SHEED)和中能電子衍射(MEED)的。最近發展起來的研究手段有角分辨光電子譜、高分辨電子能量損失譜、低能離子散射譜、原子束（或分子束）背散射譜、擴展X 射線吸收精細結構譜、光電子衍射譜、掃描隧道顯微鏡以及場離子顯微鏡等，它們從不同方面提供了有關表面結構的重要信息。
