Wykład specjalistyczny, fakultatywny – dowolnego wyboru, polecany szczególnie dla specjalności: fizyka doświadczalna, fizyka nowych materiałów na kierunku fizyka oraz fizyka materiałów wielofunkcjonalnych i fizyka medyczna na kierunku fizyka techniczna.

Otoczenie próżniowe: adsorpcja, desorpcja, dyfuzja, rozpuszczanie i przenikanie gazów. Wytwarzanie wysokich próżni. Podstawowe konstrukcje aparatura próżniowej: manipulatory, zawory, pompy. Pomiar niskich ciśnień. Spektrometr masowy: rodzaje, widmo masowe, wzory fragmentacji cząsteczek. Rozdzielczość spektrometru masowego. 1-wymiarowy (1D) model powierzchni: zjawisko segregacji powierzchniowej; tłumienie cząstek w absorbencie o grubości dx; średnia grubość warstwy mono-atomowej (definicje). Zmiany sygnałów AES/XPS z grubością ad-warstwy. Wiązanie atomów (cząsteczek) z powierzchnią (adsorpcja fizyczna i chemiczna). Krzywe (diagramy) energii potencjalnej w pobliżu powierzchni. Wzrost struktur w skali nano: wytwarzanie strumienia atomowego, zjawiska towarzyszące wzrostowi cienkiej warstwy, równanie Young'a, rodzaje wzrostu, koalescencja, epitaksja, naprężenia, dyslokacje niedopasowania stałych sieci (adsorpcja koherentna i niekoherentna). Charakterystyka powierzchni (2D): krystalografia czystej powierzchni: powierzchnia idealna i zrekonstruowana (kontrakcja-relaksacja, nadstruktura, „faceting”, szorstkość). Wskaźniki Millera, nomenklatura warstw 2D. Dyfrakcja powolnych elektronów: warianty eksperymentu, sieć odwrotna 2D, przykłady. Spektroskopia fotoelektronów: XPS, UPS, ESCA (definicje). Aparatura: źródło, próbka, analizator energii elektronów. Energie wiązania powłok elektronowych. Przykładowe widma, identyfikacja szczytów. Analiza widm fotoemisyjnych, kształt linii (Gauss.-Lorentz., Doniach-Sunjic), tło spektralne (liniowe, Shirley, Tougaard). Zarys analizy ilościowej; dokładność a precyzja pomiaru. Analiza składu chemicznego powierzchni - spektroskopia elektronów Augera: proces Augera, wzbudzanie wiązką elektronową, rodzaje analizatorów energii. Energia elektronów Augera, szerokość linii, zarys analizy ilościowej (pierwiastkowy współczynnik czułości), wykrywanie przesunięć chemicznych. Temperaturowo-programowana desorpcja (TPD, TDS). Zjawiska desorpcji. Doświadczalne wersje techniki desorpcji. Widmo desorpcji, parametry maksimów desorpcji. Model energii potencjalnej: adsorpcja asocjatywna, dysocjatywna. Analiza widm termodesorpcyjnych: równanie Polanyi-Wignera, przedeksponencjalny czynnik, rząd oraz energia aktywacji desorpcji. Przykłady kinetyk: zerowego i wyższych rzędów. Wyznaczanie energii desorpcji: przybliżenie Redheada, relacja Knora, Zestawienie wyników TPD.

Po zakończeniu nauki w ramach tego przedmiotu słuchacz (student) powinien wykazać się znajomością wielkości charakteryzujących powierzchnię ciała stałego oraz podstawowych procesów dynamicznych zachodzących na powierzchni (adsorpcja, desorpcja, dyfuzja, przejścia fazowe, reakcje powierzchniowe) w zastosowaniu do nanotechnologii. Student powinien wykazać się ogólną orientacją w dziedzinie techniki próżniowej oraz stowarzyszonych technik pomiarowych ich możliwości i ograniczeń w szczególności spektroskopii fotoelektronowej i desorpcji stymulowanej temperaturowo.

1. PAN INTiBS: "Cienkie warstwy metaliczne", PWN, Warszawa-Wrocław 1974, red. W. Romanowski.

2. Mróz Stefan, "Dyfrakcja powolnych elektronów", Wyd. Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 1981.

3. Tompkins F. C., "Chemisorpcja gazów na metalach", PWN, Warszawa 1985.

4. Somorjai G.A., "Principles of Surface Chemistry", Prentice-Hall, Inc.

5. Hufner S., "Photoelectron Spectroscopy", Springer-Verlag Berlin 1996.