Oberflächenrelaxation

Oberflächenrelaxation: Der Abstand der obersten Atomschichten (rot) ist verändert im Vergleich zum Abstand im Inneren des Festkörpers (blau); der Effekt ist stark übertrieben dargestellt.

Als Oberflächenrelaxation bezeichnet man die Veränderung des Atomabstands in einem Festkörper an oder nahe der Oberfläche im Vergleich zur regelmäßigen Gitteranordnung innerhalb des Festkörpers. Häufig ist dabei der Abstand $d_{12}$ zwischen den ersten beiden Atomschichten des Festkörpers reduziert, da auf die Atome an der Oberfläche anziehenden Kräfte ins Innere wirken; der Abstand $d_{23}$ zwischen der zweiten und dritten Schicht ist dagegen in vielen Fällen vergrößert.^[1] Besonders deutlich ausgeprägt ist dieser Effekt bei Metallen. Statt einer Verringerung kann bei manchen Materialien auch eine Vergrößerung des Abstands der ersten beiden Atomschichten auftreten.

Die Oberflächenrelaxation kann durch die relative Änderung $Δ d_{i j}$ des Abstands der Atomschichten $i$ und $j$ angegeben werden. Dieser Wert bezieht sich auf den Schichtabstand $d_{B}$ im Inneren des Festkörpers (der Index „B“ steht für englisch bulk, also den Hauptanteil):

Δ d_{i j} = \frac{d_{i j} - d_{B}}{d_{B}}

.

In Metallen liegen typische Werte für $Δ d_{12}$ zwischen 0 und −15 % und für $Δ d_{23}$ zwischen 0 und +5 %.^[1]

Durch die Oberflächenrelaxation alleine wird die Symmetrie und Anordnung innerhalb der Oberfläche nicht geändert. Eine zusätzliche Änderung der Gitteranordnung in der Oberfläche wird als Oberflächenrekonstruktion bezeichnet.

Literatur

Charles Kittel: Einführung in die Festkörperphysik. 14. Auflage. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2006 (Originaltitel: Introduction to Solid State Physics, übersetzt von Siegfried Hunklinger), ISBN 3-486-57723-9, S. 532 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
Siegfried Hunklinger: Festkörperphysik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2007, ISBN 3-486-57562-7, S. 67–68 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
Rainer Kassing (Hrsg.): Bergmann Schaefer – Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 6, Festkörper. 2. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2005, ISBN 3-11-017485-5, S. 295 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 Jun Wan, Y. L. Fan, D. W. Gong, S. G. Shen, X. Q. Fan: Surface relaxation and stress of fcc metals: Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Al and Pb. In: Modelling and Simulation in Materials Science and Engineerung. Bd. 7, Nr. 2, März 1999, S. 189–206, doi:10.1088/0965-0393/7/2/005.

[Wan1999-1] 1,0 ^1,1 Jun Wan, Y. L. Fan, D. W. Gong, S. G. Shen, X. Q. Fan: Surface relaxation and stress of fcc metals: Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Al and Pb. In: Modelling and Simulation in Materials Science and Engineerung. Bd. 7, Nr. 2, März 1999, S. 189–206, doi:10.1088/0965-0393/7/2/005.

[1]