Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers
This article takes a due regard of influence caused by polarization charge of the substrate on the spectroscopic characteristics of the orientationally ordered adsorbed monolayers. The expression for the power of IR radiation, absorbed by polarization charge of the substrate, was inferred. &...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2007
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/205 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291307226103808 |
|---|---|
| author | Snigur, A. V. Rozenbaum, V. M. |
| author_facet | Snigur, A. V. Rozenbaum, V. M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "A. V. Snigur",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. M. Rozenbaum",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Snigur, A. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:40:57Z |
| description | This article takes a due regard of influence caused by polarization charge of the substrate on the spectroscopic characteristics of the orientationally ordered adsorbed monolayers. The expression for the power of IR radiation, absorbed by polarization charge of the substrate, was inferred.  As a result the factor was obtained to be included in the known formulae for integral intensities of spectral lines. In the papers, we know, the alike consideration was not quite consequent, which hindered the adequate regard of this influence. The main aim of the current paper is to fill in this gap. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:31:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Химия, физика и технология поверхности. 2007. Вып 13. С.18-22
18
УДК 539.12 + 543.42
УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ЗАРЯДА
ПОДЛОЖКИ НА СПЕКТРЫ
ОРИЕНТАЦИОННО-УПОРЯДОЧЕННЫХ
МОНОСЛОЕВ АДСОРБАТОВ
А.В. Снигур, В.М. Розенбаум
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова 17, 03164, Киев-164
В статье анализируется влияние поляризационного заряда подложки на спектры
ориентационно-упорядоченных монослоев адсорбатов. Выведено выражение для мощ-
ности, поглощаемой поляризационным зарядом подложки. Получен фактор, который
необходимо вводить в формулы для интегральных интенсивностей спектральных
линий. В известных нам статьях подобный учет производился непоследовательно, что
не позволяло адекватно принять во внимание указанное влияние. Задача работы –
восполнить данный пробел.
This article takes a due regard of influence caused by polarization charge of the
substrate on the spectroscopic characteristics of the orientationally ordered adsorbed
monolayers. The expression for the power of IR radiation, absorbed by polarization charge of
the substrate, was inferred. As a result the factor was obtained to be included in the known
formulae for integral intensities of spectral lines. In the papers, we know, the alike
consideration was not quite consequent, which hindered the adequate regard of this influence.
The main aim of the current paper is to fill in this gap.
Системы ориентационно-структурированных адсорбатов представляют довольно
интересный объект как теоретического, так и прикладного значения. С одной стороны,
адсорбция и катализ широко используются в микроэлектронике, полупроводниковом
проектировании, химической промышленности, а также биотехнологиях, требующих
более глубокого понимания состояний адсорбата. С другой стороны, система адсорби-
рованных молекул сама по себе представляет многогранный объект для изучения. Она
может рассматриваться как примесная подсистема по отношению к поверхности твер-
дого тела, либо как квазидвумерный объект, со всеми вытекающими из низкой размер-
ности коллективными свойствами.
В настоящее время накоплено огромное количество экспериментальных данных
об адсорбированных монослойных системах, разработан ряд теоретических методик и
подходов к их изучению [1 – 5]. В виду разнообразия структурообразующих факторов,
адсорбированные монослои описываются, как правило, для конкретных комбинаций
адсорбат – подложка. Существующие подходы, основанные на применении численных
методов, также ориентированы на моделирование конкретных систем с заданными
значениями параметров пространственного строения и силовых постоянных, что огра-
ничивает круг изучаемых систем материалами, удовлетворяющими определенным
требованиям прикладного характера.
Именно поэтому особый интерес представляют работы, результатом которых
является получение аналитических формул, позволяющих рассматривать более широкий
19
класс объектов, а также анализировать общие закономерности поведения таких систем.
Основным объектом рассмотрения в данной работе послужило влияние, оказываемое на
спектры адсорбированных монослоев поляризационным зарядом, динамически индуци-
руемым в подложке близлежащими молекулами адсорбата,
Под действием сканирующего ИК-излучения молекулы адсорбата, представляя
собой систему динамических диполей, осуществляют вынужденные колебания. Будучи в
каждый момент времени ориентированными некоторым образом, они индуцируют в
подложке поверхностный заряд с определенным распределением его плотности. Скани-
рующее излучение может поглощаться этим зарядом наряду с поглощением излучения
молекулами адсорбированного слоя. Впоследствии отраженное от подложки излучение
воздействует на молекулы адсорбата.
Как правило, при рассмотрении влияния подложки на спектры адсорбированных
молекул учитывают отражение излучения от поверхности подложки в соответствии с
формулами Френеля, упуская из виду, что излучение может частично поглощаться
поверхностным зарядом. В результате рассчитываемое значение продольной
компоненты оказывается большим реально действующего. Поэтому для адекватного
описания наблюдаемых спектров необходимо учитывать поглощение излучения поляри-
зационным зарядом подложки.
Для расчета мощности, поглощаемой поляризационным зарядом подложки,
найдем плотность распределения этого заряда по поверхности подложки. Потенциал
поля, созданного диполем m , расположенным возле поверхности, имеет вид:
ò ¢-+
¢¢
+=
22
1
3
1
1
)(
)(1),(
rr
rrs
ee
mrj
z
d
r
rz , (1)
где ε1 – диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится диполь, zezr += r –
радиус-вектор точки наблюдения, )(rs – искомая плотность поверхностного заряда,
индуцированная диполем в подложке. Перейдем в выражении (1) к Фурье-образам с вол-
новым вектором ||k в плоскости подложки:
rrjrj ||),(),( 1||1
kiezdzk -
ò= , (2)
rrsrs ||)()( ||
kiedk -
ò= . (3)
В результате получаем следующее выражение для потенциала электрического поля над
подложкой:
( ) zkzzkzzkz e
k
k
e
ki
ezzsignzk ||0||0||
||1
||
1
||||
1
0
||1
)(222
),( ----- +-
-
=
e
ps
e
mp
e
pm
j , (4)
где z0 – аппликата точки, в которой расположен диполь, а ||m и zm – продольная и попе-
речная компоненты дипольного момента молекулы соответственно. Потенциал поля в
среде подложки будем искать в виде:
0,)(),( ||
||||2 <= zekazk zkj . (5)
Применив граничные условия для потенциалов:
20
00
2
2
1
1 =
=
= zdz
d
zdz
d j
e
j
e ,
)0,()0,( ||2||1 kk jj = , (6)
(ε2 – диэлектрическая проницаемость подложки), получим, как следствие первого
условия, выражение для неизвестного функционального коэффициента )( ||ka :
)(
)(22
||
||1
||
||
||||
1
011 ka
k
k
e
k
k
i zk
z =+÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+- -
e
psm
m
e
p . (7)
Подстановка выражения (7) во второе уравнение системы (6) позволяет получить
формулу для Фурье-компоненты искомой плотности заряда )( ||ks :
( ) 0||
||||||
21
12
|| )( zk
z ekikk -+
+
-
= mm
ee
ees . (8)
Возвращаясь в координатное представление, согласно формуле
( ) ( )
( ) rr mm
ee
ee
p
s
p
rs ||0||||
||||||||
21
12
2||||2 2
1)(
2
1)( kizk
z
k ekikkdekkd +-+
+
-
== òò , (9)
после несложных, но несколько громоздких выкладок имеем окончательно:
( )
( ) 2
5
22
0
||0
22
0
12
12
32
2
1)(
r
rmmr
ee
ee
p
rs
+
--
+
-
=
z
zz z . (10)
Для проверки полученного результата найдем с его помощью известное выраже-
ние для энергии взаимодействия диполя со своим изображением. Для этого восполь-
зуемся известным соотношением
),0(
2
1 zEW m-= , (11)
с подстановкой в него выражения для электрического поля
( )
[ ]ò Ñ=-Ñ= rss j
p
rjr ||),(
2
1),(),( ||
)(
1||2
)(
1
kiezkkdzzE ,
zke
k
k
zk ||
||1
||
||
)(
1
)(2
),( -=
e
ps
j s , (12)
и получим следующие явные выражения для энергии взаимодействия продольных и
поперечных компонент диполя с зарядом-изображением в подложке:
( ) 3
2
121
12
z 8z
W zm
eee
ee
+
-
-= , (13)
21
( ) 3
2
||
112
12
|| 82 z
W
m
eee
ee
+
-
-= . (14)
Полная энергия взаимодействия в общем случае представляет собой сумму
величин для этих частных случаев:
( ) ( )
( )
3
22
112
12
3
2
||
2
112
12
|| 16
cos1
16
2
zz
W z qm
eee
eemm
eee
ee +
+
-
-=
+
+
-
-= . (15)
Формула (15) совпадает с известным из классической электродинамики результатом, но
получена без введения фиктивного диполя-изображения.
Найденное выражение (10) для поверхностной плотности заряда, наведенного
динамическим дипольным моментом расположенной у поверхности молекулы, позво-
ляет вычислить мощность, поглощаемую этим поверхностным зарядом при сканирова-
нии рассматриваемой системы ИК-излучением. Энергия взаимодействия внешнего одно-
родного электрического поля с поверхностным зарядом, как известно, имеет следующий
вид:
òò -== )()()0,(~ rsrrrsrjr EddWE . (16)
После подстановки вычисленной ранее плотности заряда (10) в формулу (16) и необхо-
димых преобразований, выражение для EW~ можно записать как
||
12
12~ m
ee
ee EWE +
-
= . (17)
Формула (17) описывает энергию, поглощаемую поверхностным зарядом, дина-
мически индуцируемым в подложке близлежащей молекулой адсорбата, при сканирова-
нии рассматриваемой системы ИК-излучением. Полная поглощаемая мощность является
результатом поглощения излучения, как динамическим диполем, так и индуцированным
им зарядом подложки:
||
12
1
||
12
12 2 m
ee
emm
ee
eem EEEEW zz +
--=
+
-
+-= . (18)
Выражение (18) показывает, что учет поглощения излучения поверхностным за-
рядом приводит к уменьшению влияния продольных компонент поля, не влияя на попе-
речные. В частности, из правой части формулы (18) следует, что в выражениях для ин-
тегральных интенсивностей спектральных линий в слагаемых, соответствующих про-
дольным компонентам дипольного момента следует учесть множитель
12
12
ee
e
+
. При этом
на поперечные компоненты поляризационный заряд влияния не оказывает. Полученный
результат важен для адекватного описания колебательный спектров адсорбированных
молекул и оценки количественной информации о состояниях этих систем из наблюдае-
мых спектров.
22
Литература
1. Rozenbaum V.M., Lin S.H. Spectroscopy and dynamics of orientationally structured
adsorbates. – Singapore: World Scientific Publ., 2002. – 200 p.
2. Steele W. Molecular interactions for physical adsorption // Chem. Rev. – 1993. – V. 93. –
P. 2355 – 2364.
3. Marx D., Wiechert H. Ordering and phase transitions in adsorbed monolayers of diatomic-
molecules // Adv. Chem. Phys. – 1996. – V. 95. – P. 213 – 221.
4. Ueba H. Vibrational relaxation and pump-probe spectroscopies of adsorbates on solid
surfaces // Progress in Surf. Sci. – 1997. – V. 55. – P. 115 – 123.
5. Patrykiejew A., Sokolowski S., Binder K. Phase transitions in adsorbed layers formed on
crystals of square and rectangular surface lattice // Surf. Sci. Reports. – 2000. – V. 37. –
P. 207 – 214.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-205 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:05:48Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/09/2f55cd05c818014ecab11501bd78c509.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-2052018-11-27T09:40:57Z Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers Учет влияния поляризационного заряда подложки на спектры ориентационно-упорядоченных монослоев адсорбатов Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers Snigur, A. V. Rozenbaum, V. M. This article takes a due regard of influence caused by polarization charge of the substrate on the spectroscopic characteristics of the orientationally ordered adsorbed monolayers. The expression for the power of IR radiation, absorbed by polarization charge of the substrate, was inferred. &nbsp;As a result the factor was obtained to be included in the known formulae for integral intensities of spectral lines. In the papers, we know, the alike consideration was not quite consequent, which hindered the adequate regard of this influence. The main aim of the current paper is to fill in this gap. В статье анализируется влияние поляризационного заряда подложки на спектры ориентационно-упорядоченных монослоев адсорбатов. Выведено выражение для мощности, поглощаемой поляризационным зарядом подложки. Получен фактор, который необходимо вводить в формулы для интегральных интенсивностей спектральных линий. В известных нам статьях подобный учет производился непоследовательно, что не позволяло адекватно принять во внимание указанное влияние. Задача работы – восполнить данный пробел. This article takes a due regard of influence caused by polarization charge of the substrate on the spectroscopic characteristics of the orientationally ordered adsorbed monolayers. The expression for the power of IR radiation, absorbed by polarization charge of the substrate, was inferred. &nbsp;As a result the factor was obtained to be included in the known formulae for integral intensities of spectral lines. In the papers, we know, the alike consideration was not quite consequent, which hindered the adequate regard of this influence. The main aim of the current paper is to fill in this gap. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2007-06-21 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/205 Surface; No. 13 (2007): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 18-22 Поверхность; № 13 (2007): Химия, физика и технология поверхности; 18-22 Поверхня; № 13 (2007): Хімія, фізика та технологія поверхні; 18-22 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/205/204 Авторське право (c) 2007 А.V. Snigur, V.М. Rozenbaum |
| spellingShingle | Snigur, A. V. Rozenbaum, V. M. Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title_alt | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers Учет влияния поляризационного заряда подложки на спектры ориентационно-упорядоченных монослоев адсорбатов |
| title_full | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title_fullStr | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title_full_unstemmed | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title_short | Counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| title_sort | counting the effect of support polarization charge on the spectra of orientation-ordered adsorbate monolayers |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/205 |
| work_keys_str_mv | AT snigurav countingtheeffectofsupportpolarizationchargeonthespectraoforientationorderedadsorbatemonolayers AT rozenbaumvm countingtheeffectofsupportpolarizationchargeonthespectraoforientationorderedadsorbatemonolayers AT snigurav učetvliâniâpolârizacionnogozarâdapodložkinaspektryorientacionnouporâdočennyhmonosloevadsorbatov AT rozenbaumvm učetvliâniâpolârizacionnogozarâdapodložkinaspektryorientacionnouporâdočennyhmonosloevadsorbatov |