表面结构

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[外文]：surface structure

指固体最表面几个原子层内原子的排列状况，包括：表面单位网格的形状和大小，它相对于基底单位网格的取向，表面单位网格中原子的数目和位置，最外层原子与第二、三……层原子的距离以及表面各层原子的排列状况等。

将一块晶体沿某晶面切开，而不改变切开面附近原子的位置和电子的密度分开，所形成的表面称为“理想表面”，理想表面在自然界是不存在的。在表面附近，由于垂直于表面方向的晶体周期性中断，作用在表面原子内外两侧的力失去平衡，相应的电子密度分布也发生变化，通过表面原子和电子自洽相互作用，使得表面原子和电子分布趋向新的平衡，这个过程叫做表面弛豫。晶体表面附近3～5层原子，其弛豫程度各不相同，形成了晶体和真空的过渡层，它像织边一样镶在晶体的四周，决定着很多重要的表面物理、化学性质。由于织边的存在，及电子向真空区的逃逸，在表面区可以出现电偶极层。

对多数金属清洁表面，表面原子向新的平衡位置弛豫只引起表面法向原子间距膨胀或收缩，而不改变平行于表面的二维周期结构，即所谓的弛豫表面；但是对多数半导体和少数金属晶体清洁表面，弛豫后平行于表面的原子排列的周期结构也发生了变化，改变了周期结构的表面称为再构表面。再构也是弛豫的结果，如Si、Ge、GaAs、Pt、Au都存在再构表面。

晶体表面还经常出现台阶和各种缺陷，由于它对晶体生长和化学催化起着特殊作用，所以近年来很受人们重视，特别对Pt的台阶表面研究得最多。

实际的晶体表面经常吸附着外来的原子或分子（体内杂质也经常通过表面分凝而跑到表层），吸附在表面上的外来原子（或分子）一方面引起基底表面原子的排列发生变化，出现再构表面〔如Si(111)7×7结构吸附少量Au后变成5×5结构〕；另一方面吸附原子(或分子)本身的排列也常常呈不同于衬底的周期结构〔如 Ni(001)上的S，Co呈C(2×2)结构〕。同一晶体的不同晶面，不同温度和不同吸附量经常出现不同的表面结构。

为方便起见，可用二维结晶学的方法来描述表面结构（见表面物理学）。应当指出，原子在表面的排列实际上是三维的。所以用二维结晶学的方法来描述只是个近似，或者说是它在表面上的投影。

研究表面结构常用的手段是低能电子衍射，它的理论和实验都发展得比较成熟。此外，也有采用反射高能电子衍射(RHEED)、扫描高能电子衍射(SHEED)和中能电子衍射(MEED)的。最近发展起来的研究手段有角分辨光电子谱、高分辨电子能量损失谱、低能离子散射谱、原子束（或分子束）背散射谱、扩展X 射线吸收精细结构谱、光电子衍射谱、扫描隧道显微镜以及场离子显微镜等，它们从不同方面提供了有关表面结构的重要信息。