Термічне розширення поверхні стопу FeNi51

Вперше низькоенергетичну плазмонну спектроскопію на відбивання застосовано для визначення коефіцієнта термічного розширення (КТР) поверхні полікристалічного стопу FeNi51. Експеримент проведено за умов надвисокого вакууму. Методу визначення КТР засновано на мірянні температурної залежности зсувів ене...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2018
Hauptverfasser:	Васильєв, М.О., Шиванюк, В.М., Колесник, В.М., Волошко, С.М., Янчук, В.В., Круглов, І.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2018
Schriftenreihe:	Металлофизика и новейшие технологии
Schlagworte:	Физико-технические основы эксперимента и диагностики
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146944
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 / М.О. Васильєв, В.М. Шиванюк, В.М. Колесник, С.М. Волошко, В.В. Янчук, І.О. Круглов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2018. — Т. 40, № 6. — С. 739-748. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-146944
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1469442019-02-13T01:23:26Z Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 Васильєв, М.О. Шиванюк, В.М. Колесник, В.М. Волошко, С.М. Янчук, В.В. Круглов, І.О. Физико-технические основы эксперимента и диагностики Вперше низькоенергетичну плазмонну спектроскопію на відбивання застосовано для визначення коефіцієнта термічного розширення (КТР) поверхні полікристалічного стопу FeNi51. Експеримент проведено за умов надвисокого вакууму. Методу визначення КТР засновано на мірянні температурної залежности зсувів енергії поверхневих і об’ємних плазмонів у інтервалі температур від кімнатної до 300°C. Розрахунок дав наступні значення КТР: αs= 7,54∙10⁻⁵ К⁻¹ і αb= 4,24∙10⁻⁵ К⁻¹ за зсувами поверхневих і об’ємних плазмонів відповідно. Впервые низкоэнергетическая плазмонная спектроскопия на отражение применена для определения коэффициента термического расширения (КТР) поверхности поликристаллического сплава FeNi51. Эксперимент проведён в условиях сверхвысокого вакуума. Метод определения КТР основан на измерении температурной зависимости сдвигов энергии поверхностных и объёмных плазмонов в интервале температур от комнатной до 300°C. Расчёт дал следующие значения КТР: αs= 7,54∙10⁻⁵ К⁻¹ и αb= 4,24∙10⁻⁵ К⁻¹ по сдвигам поверхностных и объёмных плазмонов соответственно. For the first time, low-energy plasmons’ reflection spectroscopy is used to determine the coefficient of thermal expansion (CTE) of the polycrystalline FeNi51 alloy surface. The experiment is carried out under ultrahigh vacuum conditions. A detailed analysis of the plasmon energy loss spectra of primary electrons in the 50–600 eV range for surface layers is performed. The method for determining the CTE is based on measuring of the temperature dependence of energy shifts of the surface and bulk plasmons in the temperature range from room temperature to 300°C. Taking into account the energy shifts when the alloy sample is heated for the surface and bulk plasmons, the following CTE values are obtained: αs= 7,54∙10⁻⁵ К⁻¹ and αb= 4,24∙10⁻⁵ К⁻¹, respectively. 2018 Article Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 / М.О. Васильєв, В.М. Шиванюк, В.М. Колесник, С.М. Волошко, В.В. Янчук, І.О. Круглов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2018. — Т. 40, № 6. — С. 739-748. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1024-1809 PACS: 65.40.De, 71.45.Gm, 73.20.Mf, 73.50.Mx, 79.20.Hx, 79.20.Uv, 82.80.Pv DOI: https://doi.org/10.15407/mfint.40.06.0739 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146944 uk Металлофизика и новейшие технологии Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Физико-технические основы эксперимента и диагностики Физико-технические основы эксперимента и диагностики
spellingShingle	Физико-технические основы эксперимента и диагностики Физико-технические основы эксперимента и диагностики Васильєв, М.О. Шиванюк, В.М. Колесник, В.М. Волошко, С.М. Янчук, В.В. Круглов, І.О. Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 Металлофизика и новейшие технологии
description	Вперше низькоенергетичну плазмонну спектроскопію на відбивання застосовано для визначення коефіцієнта термічного розширення (КТР) поверхні полікристалічного стопу FeNi51. Експеримент проведено за умов надвисокого вакууму. Методу визначення КТР засновано на мірянні температурної залежности зсувів енергії поверхневих і об’ємних плазмонів у інтервалі температур від кімнатної до 300°C. Розрахунок дав наступні значення КТР: αs= 7,54∙10⁻⁵ К⁻¹ і αb= 4,24∙10⁻⁵ К⁻¹ за зсувами поверхневих і об’ємних плазмонів відповідно.
format	Article
author	Васильєв, М.О. Шиванюк, В.М. Колесник, В.М. Волошко, С.М. Янчук, В.В. Круглов, І.О.
author_facet	Васильєв, М.О. Шиванюк, В.М. Колесник, В.М. Волошко, С.М. Янчук, В.В. Круглов, І.О.
author_sort	Васильєв, М.О.
title	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51
title_short	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51
title_full	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51
title_fullStr	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51
title_full_unstemmed	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51
title_sort	термічне розширення поверхні стопу feni51
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2018
topic_facet	Физико-технические основы эксперимента и диагностики
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146944
citation_txt	Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 / М.О. Васильєв, В.М. Шиванюк, В.М. Колесник, С.М. Волошко, В.В. Янчук, І.О. Круглов // Металлофизика и новейшие технологии. — 2018. — Т. 40, № 6. — С. 739-748. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Металлофизика и новейшие технологии
work_keys_str_mv	AT vasilʹêvmo termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51 AT šivanûkvm termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51 AT kolesnikvm termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51 AT vološkosm termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51 AT ânčukvv termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51 AT kruglovío termíčnerozširennâpoverhnístopufeni51
first_indexed	2025-07-11T00:59:45Z
last_indexed	2025-07-11T00:59:45Z
_version_	1837310249078358016
fulltext	739 ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ДИАГНОСТИКИ PACS numbers: 65.40.De, 71.45.Gm, 73.20.Mf, 73.50.Mx, 79.20.Hx, 79.20.Uv, 82.80.Pv Термічне розширення поверхні стопу FeNi51 М. О. Васильєв, В. М. Шиванюк, В. М. Колесник, С. М. Волошко, В. В. Янчук, І. О. Круглов* Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна Вперше низькоенергетичну плазмонну спектроскопію на відбивання за- стосовано для визначення коефіцієнта термічного розширення (КТР) по- верхні полікристалічного стопу FeNi51. Експеримент проведено за умов надвисокого вакууму. Методу визначення КТР засновано на мірянні тем- пературної залежности зсувів енергії поверхневих і об’ємних плазмонів у інтервалі температур від кімнатної до 300 C. Розрахунок дав наступні значення КТР: s 7,54 10 5 К 1 і b 4,24 10 5 К 1 за зсувами поверхневих і об’ємних плазмонів відповідно. Ключові слова: поверхня стопу, коефіцієнт термічного розширення, пла- змони, плазмонна спектроскопія. For the first time, low-energy plasmons’ reflection spectroscopy is used to determine the coefficient of thermal expansion (CTE) of the polycrystalline Corresponding author: Mykhailo Oleksiyovych Vasylyev E-mail: vasil@imp.kiev.ua G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, N.A.S. of Ukraine, 36 Academician Vernadsky Blvd., UA-03142 Kyiv, Ukraine National Technical University of Ukraine ‘Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute’, 37 Peremohy Ave., UA-03056 Kyiv, Ukraine Citation: M. O. Vasylyev, V. M. Shyvanyuk, V. M. Kolesnik, S. М. Voloshko, V. V. Yanchuk, and I. O. Kruhlov, Thermal Expansion of the FeNi51 Alloy Surface, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 6: 739–748 (2018) (in Ukrainian), DOI: 10.15407/mfint.40.06.0739. Ìåòàëëîôèç. íîâåéøèå òåõíîë. / Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2018, т. 40, № 6, сс. 739–748 / DOI: 10.15407/mfint.40.06.0739 Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé 2018 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû) Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå. https://doi.org/10.15407/mfint.40.06.0739 https://doi.org/10.15407/mfint.40.06.0739 740 М. О. ВАСИЛЬЄВ, В. М. ШИВАНЮК, В. М. КОЛЕСНИК та ін. FeNi51 alloy surface. The experiment is carried out under ultrahigh vacuum conditions. A detailed analysis of the plasmon energy loss spectra of primary electrons in the 50–600 eV range for surface layers is performed. The method for determining the CTE is based on measuring of the temperature depend- ence of energy shifts of the surface and bulk plasmons in the temperature range from room temperature to 300 C. Taking into account the energy shifts when the alloy sample is heated for the surface and bulk plasmons, the following CTE values are obtained: s 7.54 10 5 K 1 and b 4.24 10 5 K 1, respectively. Key words: alloy surface, coefficient of thermal expansion, plasmons, plas- mon spectroscopy. Впервые низкоэнергетическая плазмонная спектроскопия на отражение применена для определения коэффициента термического расширения (КТР) поверхности поликристаллического сплава FeNi51. Эксперимент проведён в условиях сверхвысокого вакуума. Метод определения КТР ос- нован на измерении температурной зависимости сдвигов энергии поверх- ностных и объёмных плазмонов в интервале температур от комнатной до 300 C. Расчёт дал следующие значения КТР: s 7,54 10 5 К 1 и b 4,24 10 5 К 1 по сдвигам поверхностных и объёмных плазмонов соот- ветственно. Ключевые слова: поверхность сплава, коэффициент термического рас- ширения, плазмоны, плазмонная спектроскопия. (Отримано 3 квітня 2018 р.) 1. ВСТУП Відомо, що ефекти ангармонізму в об’ємі кристалу і на його по- верхні істотно відрізняються. Зокрема, теплове розширення при- поверхневих шарів у напівпровідникових і металевих матеріялах має свої особливості внаслідок відмінности міжатомових взаємо- дій на поверхні і в об’ємі [1, 2]. Дослідження на монокристалах чистих металів показали, що головною особливістю поверхневого ангармонізму є істотне перевищення (у 2–10 разів) лінійного ко- ефіцієнта термічного розширення в напрямку нормалі до поверх- ні в порівнянні з об’ємною ґратницею. Дані щодо поверхневого розширення металевих стопів поки достатньо обмежені. Найбі- льше число робіт по вимірюванню лінійного коефіцієнта терміч- ного розширення в напрямку нормалі до поверхні зразка ( ) ви- конане за допомогою методи дифракції повільних електронів (ДПЕ) у надвисокому вакуумі. Величину обчислюють, в даному випадку, за температурним зсувом дзеркального Бреґґового мак- симуму, зумовленого зміною відстані між паралельними поверх- невими площинами. Слід зазначити, що через особливості динамічної природи диф- ТЕРМІЧНЕ РОЗШИРЕННЯ ПОВЕРХНІ СТОПУ FeNi51 741 ракції повільних електронів, дана метода придатна тільки для дослідження монокристалічних зразків. Високі вимоги до стану поверхні унеможливлюють вивчати в даному випадку ангармоні- чні ефекти на металевих поверхнях, підданих різним видам зов- нішніх енергетичних впливів, зокрема, механічним, йонно- плазмовим, лазерним та ін. Крім того, метода ДПЕ не вирізня- ється високою точністю при визначенні поверхневого коефіцієнта термічного розширення (КТР). Застосування плазмонної спектро- скопії (ПС) уможливлює істотно розширити коло досліджуваних металевих матеріялів, зокрема за рахунок полікристалічних і аморфних. В роботі [3] вперше показано перспективність даної методики для вимірювання КТР на прикладі полікристалічного Al. Виявилося, що КТР поверхні алюмінію приблизно вдвічі бі- льше, ніж КТР для об’єму металу. В даному випадку інформацію про КТР одержано від шару, товщина якого становила близько 1 нм. Мета даної роботи полягає в дослідженні особливостей терміч- ного розширення поверхневої области полікристалічного стопу FeNi51 із використанням методи низькоенергетичної спектроско- пії плазмонів на відбиття. 2. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Об’єктом дослідження був стоп FeNi, злиток якого масою 150 г було витоплено з високочистих вихідних компонентів заліза та нікелю. Хемічна аналіза стопу показала наявність 50,8% мас. Ni. Після витоплення зливок було провальцьовано на вальцівному стані із проміжними відпалами до товщини 1 мм. Гомогенізація стопу проводилася у вакуумі за температури 900 C протягом 12 год. Експериментальні зразки розмірами 10 10 1 мм3 вирізали за допомогою відрізного станка STRUERS, а поверхню зразків шлі- фували абразивним SiC папером, починаючи від № 100 і закін- чуючи № 2000. Згідно з результатами рентґеноструктурної аналі- зи, всі зразки мали повністю гранецентровану кубічну структуру. Дослідження характеристичних втрат енергії електронів вико- нувались із використанням надвисоковакуумного низькоенерге- тичного електронного спектрометра, обладнаного чотиросітковим квазинапівсферичним енергоаналізатором, а також електронною та йонною гарматами (рис. 1). Робочий тиск залишкових газів у камері спектрометру стано- вив Р 6 10 8 Па. Для виділення піків в спектрі вторинних елек- тронів, при використанні енергоаналізатора з гальмуючим полем, використана методика одноразового диференціювання кривої за- тримки вторинного струму шляхом реєстрації сиґналу першої гармоніки струму колектора при модуляції затримувального по- 742 М. О. ВАСИЛЬЄВ, В. М. ШИВАНЮК, В. М. КОЛЕСНИК та ін. тенціялу синусоїдальною напругою [4]. Застосування модуляцій- ної методики уможливлює виділити чистий сиґнал у вигляді dN/dE і відокремити внесок фону від внеску істинно вторинних електронів. Енергетична роздільча здатність енергоаналізатора, оцінена за «peak-to-peak»-амплітудою диференційованого пруж- нього піку, при Е0 200 еВ становить Е/Е0 0,6%, а при Е0 500 еВ — Е/Е0 0,3% відповідно. Модулювальна синусоїда- льна напруга первинного пучка електронів з частотою 5540 Гц у всьому інтервалі енергій становила 3–4 В. Для очищення поверхні зразків використовувалася йонна гар- мата з йонізацією робочого газу електронним ударом. В якості робочого газу використовувався спектрально чистий арґон, попе- редньо очищений від активних домішок за допомогою субліма- ційного насосу. Зразки опромінювали по нормалі до поверхні пу- чком йонів Аr діяметром 4 мм з густиною струму 5 мкА/см2 і енергією 600 еВ. Після такого оброблення зразки відпалювали Рис. 1. Блок-схема експериментальної установки для дослідження ме- талевих поверхонь: 1 — електронна гармата, 2 — напівсферичний енер- гоаналізатор, 3 — йонна гармата, 4 — монопольний мас-спекрометер, 5 — манометричний перетворювач, 6 — вікно для спостереження, 7 — фотометр, 8 — об’єктив, 9 — діяфраґма, 10 — ФЕП, 11 — волокнистий світловод, 12 — джерело кисню, 13 — циліндричний дзеркальний ана- лізатор, 14 — нахилена електронна гармата, 15 — ВЕУ, 16 — зразок. Fig. 1. The block-scheme of the experimental installation for metal surfac- es’ investigation: 1—electron gun, 2—hemispherical energy analyser, 3— ion gun, 4—monopole mass spectrometer, 5—gauge converter, 6—window for supervision, 7—photometer, 8—lens, 9 — diaphragm, 10—sensor, 11—fibre-optic guide, 12—source of oxygen, 13—cylindrical mirror ana- lyser, 14—inclined e-gun, 15—VEU, 16—experimental sample. ТЕРМІЧНЕ РОЗШИРЕННЯ ПОВЕРХНІ СТОПУ FeNi51 743 для заліковування радіяційних дефектів. 3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Типовий енергетичний спектер вторинно-електронної емісії N(Е) має вигляд, зображений на рис. 2 [5]. Відомо, що вторинна елек- тронна емісія виникає при взаємодії первинного пучка електро- нів малих енергій з поверхнею мішені в результаті процесів пру- жнього і непружнього розсіяння первинних електронів, а також емісії власних електронів матеріялу. На рисунку 2 показано де- кілька характерних енергетичних областей в спектрі N(Е) в за- лежності від характеру взаємодії первинних електронів з криста- лічною ґратницею поверхні металевої мішені (відповідні ділянки 1–4 на рис. 2). Ділянка 1 відповідає пружньо відбитим первинним електро- нам, для яких характерним є збереження первинної енергії Е0. При цьому в спектрі N(Е) спостерігається вузький пружній пік. Група спектральних піків поблизу пружнього піку обумовлена Рис. 2. Типовий енергетичний спектр N(Е) вторинних електронів. Fig. 2. Typical energy spectrum N(E) of the secondary electrons. 744 М. О. ВАСИЛЬЄВ, В. М. ШИВАНЮК, В. М. КОЛЕСНИК та ін. емісією електронів, які зазнали втрати енергії на збудження в матеріялі міжзонних переходів, електронних коливань плазмон- ного типу і йонізацію внутрішніх електронних оболонок (ділянки 1–3). Крім зазначених особливостей, на ділянці 3 присутня тонка структура збудження Оже-електронів твердого тіла. Широкий пік в області малих енергій (ділянка 4) пов’язаний з емісією власних вторинних електронів поверхні матеріялу мішені. Ширина даної ділянки лежить в діяпазоні від нуля до декількох десятків елек- трон-вольт. Характеристичні втрати електронів, які інтерпретувалися як відповідні поверхневим і об’ємним плазмонам, вимірювалися в інтервалі енергій пучка первинних електронів Е0 від 50 еВ до 600 еВ. Спектри характеристичних втрат складалися з піків, які ін- терпретувалися як відповідні поверхневим і об’ємним плазмонам, міжзонним переходам і йонізаційним втратам. Відповідно до ме- ти даної роботи, було виміряно енергії поверхневих Еs і об’ємних Рис. 3. Схема міряння енергії та інтенсивности поверхневих (Еs) і об’ємних (Еb) плазмонів. Fig. 3. Measurement scheme of the surface (Еs) and bulk (Eb) plasmons’ intensity and energy. ТЕРМІЧНЕ РОЗШИРЕННЯ ПОВЕРХНІ СТОПУ FeNi51 745 Еb плазмонів в залежності від енергії первинних електронів Е0. Встановлено, що величина енергії плазмонних коливань обох ти- пів слабо залежить від Е0. Аналогічна закономірність відзнача- ється і в інших роботах [6]. Схему типового спектру плазмонних втрат і принципи міряння основних експериментальних параметрів представлено на рис. 3. Розрахунок показав, що за умов використаного діяпазону енергій первинних електронів, максимальна товщина досліджуваного шару складає близько 2 нм [7]. Усереднені за енергією первинних електронів Е0 значення ене- ргії поверхневих (Еs) і об’ємних (Еb) плазмонів за кімнатної тем- ператури, а також відношення Еb/Еs для чистих компонентів і стопу FeNi51 наведено в табл. 1. Як відомо, в наближенні моделю газу вільних електронів енер- гії поверхневого плазмона Еs і об’ємного плазмона Еb пов’язані наступним співвідношенням [9]: s b / 1 ,E E (1) де — діелектрична постійна. Для системи «метал–вакуум» приймається, що 1. В цьому випадку можна вважати, що: s b b s / 2 або / 1,4.E E E E (2) Як видно з таблиці 1, одержано більш високі значення Eb/Es в порівнянні з теоретичною величиною для Fe, тоді як у випадку Ni і стопу FeNi51 результат протилежний, тобто експеримента- льні значення Eb/Es дещо менші за теоретичні. Відмінність одержаних експериментальних даних від моделю вільного електронного газу, що неодноразово спостерігалася для великої кількости масивних зразків перехідних металів, може бути обумовлена декількома причинами: для металів, у яких кіс- тякові електрони зв’язані сильніше, ніж валентні, енергія плаз- ТАБЛИЦЯ 1. Усереднені значення енергії поверхневих (Еs) і об’ємних (Еb) плазмонів, а також відношення Еb/Еs. TABLE 1. The average value of the surface (Еs) and bulk (Еb) plasmons’ energy and Еb/Еs relation. Тип плазмонів Fe Ni FeNi51 Еs, еВ 12,82 20,15 19,42 Еb, еВ 23,11 26,13 25,85 Еb/Еs 1,80 1,29 1,33 746 М. О. ВАСИЛЬЄВ, В. М. ШИВАНЮК, В. М. КОЛЕСНИК та ін. монів легко розраховується в моделю вільних електронів. Однак у випадку, коли енергії зв’язку обох зазначених груп електронів співмірні, даний модель не дає адекватних результатів, оскільки надзвичайно важко визначити зонну приналежність електронів в колективних коливаннях. Крім того, впливають міжзонні пере- ходи, особливості структури поділу метал–вакуум і фізико- хемічний стан металевої поверхні [8, 9]. При дослідженні температурної залежности поведінки обох ти- пів плазмонів для стопу FeNi51 встановлено зсув їх енергії з під- вищенням температури в сторону менших значень (рис. 4). Як видно з даного рисунка, температурна залежність має лінійний характер. Авторами [10], зважаючи на відоме співвідношення для часто- ти плазмона 2 0 , e n E m (3) де n — концентрація електронів провідности, e — заряд електро- на, m — маса електрона, зроблено висновок про взаємозв’язок енергії плазмона з температурною залежністю густини електронів і, відповідно, з термічним розширенням кристалічної ґратниці, тобто зміною міжплощинних відстаней по нормалі до поверхні. Зниження енергії плазмонів при нагріванні стопу свідчить про зменшення концентрації електронів провідности, що обумовлено збільшенням міжплощинних відстаней. Найбільш суттєво конце- нтрація таких електронів зменшується для поверхні, що може а б Рис. 4. Температурна залежність енергії поверхневого Еs (а) і об’ємного плазмона Eb (б). Fig. 4. The temperature dependence of the surface Es (а) and bulk Eb (б) plasmon energy. ТЕРМІЧНЕ РОЗШИРЕННЯ ПОВЕРХНІ СТОПУ FeNi51 747 бути пов’язано з особливостями поверхневої реконструкції та ре- лаксації, а також з присутністю дефектів структури і залишко- вих оксидів. Мірою такої температурної релаксації кристалічної ґратниці може слугувати величина відносної зміни міжплощинних відста- ней d/d. Ґрунтуючись на принципах, викладених в [11], можна представити зміну міжплощинної відстані d/d як 2 , d E d E (4) де Е — зсув енергії при нагріванні, E — усереднена енергія об’ємного плазмона. Для розрахунку коефіцієнта термічного розширення стопу ви- користовувалася формула, запропонована в роботі [10]: 2 Е/(Е Т), (5) де Е — зміщення енергії об’ємного плазмона в температурному інтервалі Т, Е — усереднене значення енергії плазмона в дано- му температурному інтервалі. Розрахунок за рівнянням (5) дав наступні значення КТР: s 7,54 10 5 К 1 і b 4,24 10 5 К 1 за зсувами поверхневих і об’ємних плазмонів відповідно. Тобто КТР поверхні стопу приблизно вдвічі більший за КТР для глибших шарів. 4. ВИСНОВКИ Надано опис надвисоковакуумного низькоенергетичного елект- ронного спектрометра для вимірювання характеристичних втрат енергії первинних електронів в діяпазоні 50–600 еВ. Проведено детальну аналізу температурних залежностей спек- трів плазмонних втрат енергії первинних електронів в зазначе- ному діяпазоні енергій для поверхні полікристалічного стопу FeNi51. Визначено енергетичні зсуви для поверхневих і об’ємних пла- змонів в інтервалі температур від кімнатної до 300 C. Запропоновано методику визначення коефіцієнта термічного розширення на основі аналізи енергетичних зсувів для поверхне- вих і об’ємних плазмонів. Останні зумовлено зміною міжпло- щинних відстаней і, відповідно, зменшенням концентрації елект- ронів провідности на поверхні і в більш глибоких шарах. Розра- хунок дав наступні значення КТР: s 7,54 10 5 К 1 і b 4,24 10 5 К 1 за зсувами поверхневих і об’ємних плазмонів від- повідно. Тобто КТР поверхні стопу приблизно вдвічі більший, 748 М. О. ВАСИЛЬЄВ, В. М. ШИВАНЮК, В. М. КОЛЕСНИК та ін. ніж КТР об’єму. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Б. А. Нестеренко, О. В. Снитко, Физические свойства атомно-чистой по- верхности полупроводников (Киев: Наукова думка: 1983). 2. М. А. Васильев, Структура и динамика поверхности переходных метал- лов (Киев: Наукова думка: 1988). 3. В. Е. Корсуков, Физика твёрдого тела, 25: 3250 (1983). 4. M. A. Vasil’ev and S. D. Gorodetsky, Vacuum, 37: 723 (1987). 5. В. Т. Черепин, М. А. Васильев, Методы и приборы для анализа поверхно- сти материалов: Справочник (Киев: Наукова думка: 1982). 6. M. A. Vasylyev and V. A. Tinkov, Surf. Rev. Lett., 15: 635 (2008). 7. В. А. Тиньков, Успехи физики металлов, 7: 117 (2006). 8. C. Colliex, M. Kociak, and O. Stéphan, Ultramicroscopy, 162: A1 (2016). 9. Yo. Fujiyoshi, T. Nemoto, and H. Kurata, Ultramicroscopy, 175: 116 (2017). 10. A. Bagchi, C. B. Duke, P. J. Feibelman, and J. O. Porteus, Phys. Rev. Lett., 27: 998 (1971). 11. В. Е. Корсуков, А. С. Лукьяненок, В. Н. Светлов, Поверхность. Физика, химия, механика, № 11: 28 (1983). REFERENCES 1. B. A. Nesterenko and O. V. Snitko, Fizicheskie Svoystva Atomno-Chistoy Poverkhnosti Poluprovodnikov [Physical Properties of the Atomic Free Surface of Semiconductors] (Kiev: Naukova Dumka: 1983) (in Russian). 2. M. A. Vasylyev, Struktura i Dinamika Poverkhnosti Perekhodnykh Metallov [Structure and Dynamics of the Surface of Transition Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1988) (in Russian). 3. V. E. Korsukov, Fizika Tverdogo Tela, 25: 3250 (1983) (in Russian). 4. M. A. Vasil’ev and S. D. Gorodetsky, Vacuum, 37: 723 (1987). 5. V. T. Cherepin and M. A. Vasylyev, Metody i Pribory dlya Analiza Poverkhnosti Materialov: Spravochnik [Methods and Instruments for Analysis of Materials’ Surface: Handbook] (Kiev: Naukova Dumka: 1982) (in Russian). 6. M. A. Vasylyev and V. A. Tinkov, Surf. Rev. Lett., 15: 635 (2008). 7. V. O. Tin’kov, Uspehi Fiziki Metallov, 7: 117 (2006) (in Russian). 8. C. Colliex, M. Kociak, and O. Stéphan, Ultramicroscopy, 162: A1 (2016). 9. Yo. Fujiyoshi, T. Nemoto, and H. Kurata, Ultramicroscopy, 175: 116 (2017). 10. A. Bagchi, C. B. Duke, P. J. Feibelman, and J. O. Porteus, Phys. Rev. Lett., 27: 998 (1971). 11. V. E. Korsukov, A. S. Luk’yanenok, and V. N. Svetlov, Poverkhnost’. Fizika, Khimiya, Mekhanika, No. 11: 28 (1983) (in Russian). https://doi.org/10.1016/0042-207X(87)90261-2 https://doi.org/10.1142/S0218625X08011809 https://doi.org/10.15407/ufm.07.02.117 https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2015.11.012 https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.01.006 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.998 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.998

Термічне розширення поверхні стопу FeNi51

Institution

Ähnliche Einträge