DETERMINING THE EVAPORATION ENERGIES OF ALKALI AND ALKALINE EARTH METAL ATOMS USING FIELD DESORPTION

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The desorption of cesium and barium atoms from a quasi-spherical nanostructured surface of a field emitter has been studied using the method of field desorption microscopy. The dependences of the desorbing electric field strength on the degree of cesium and barium coating of the rhenium and tungsten field emitter at migration equilibrium are obtained. Migration equilibrium occurs at a certain emitter temperature when, due to the surface diffusion, the concentration of adsorbate is redistributed on various surface areas depending on the local heat of evaporation of adatoms from these areas. It is shown that when the migration equilibrium condition is met on the nanostructured surface of the field emitter, on which there are flat low-index crystal faces with different output work, the desorption has an avalanche-like character with the removal of the entire adsorbate. This behavior of the field desorption is characteristic of atoms of alkaline and alkaline earth metals, associated with a sharper increase in the work function compared with an increase in the evaporation energy of the atom with a decrease in the adsorbate concentration. As a result, the ion desorption energy decreases with an avalanche-like increase in the desorption rate. Taking into account the same desorbing field on all parts of the surface, which follows from the characteristics of Fowler Nordheim, the heat of evaporation of adsorbate atoms on different parts of the surface with different work function is determined within the framework of the image forces model for field desorption.

About the authors

Dmitrii P. Bernatsky

Ioffe Institute

Email: bernatskii@ms.ioffe.RUS
Saint Petersburg, Russia

Victor G. Pavlov

Ioffe Institute

Saint Petersburg, Russia

References

  1. Gross, H. From the discovery of field ionization to field desorption and liquid injection field desorption/ionization-mass spectrometry-A journey from principles and applications to a glimpse into the future / H. Gross // European journal of Mass Spectrometry. - 2020. - V. 26. - I. 4. - P. 241-273. doi: 10.1177/1469066720939399.
  2. Исаханов, З.А. Модификация свойств поверхности свободных пленок Si-Cu имплантацией ионов активных металлов / З.А. Исаханов, И.О. Косимов, Б.Э. Умирзаков, Р.М. Ёркулов // Журнал технической физики. - 2020. - Т. 90. - Вып. 1. - С. 123-127. doi: 10.21883/JTF.2020.01.48672.202-19.
  3. Маишев, Ю.П. Создание и развитие ионно-лучевых технологий / Ю.П. Маишев // Микроэлектроника. - 2019. - Т. 48. - Вып. 6 - С. 403-420. doi: 10.1134/S0544126919050065.
  4. Бернацкий, Д.П. Исследование поверхности твердого тела методом полевой десорбционной микроскопии непрерывного действия / Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. - Т. 73. - № 5. - С. 713-715.
  5. Beach, Th. Adsorption studies of aluminum oxide on rhenium by means of field emission microscopy / Th. Beach, R. Vanselow // Applied Physics. - 1974. - V. 4. - I. 3. - P. 265-270. doi: 10.1007/BF00884238.
  6. Шредник, В.Н. Автоэлектронная микроскопия Na на W в условиях миграционного равновесия / В.Н. Шредник, Е.В. Снежко // Физика твердого тела. - 1964. - Т. 6. - Вып.11- С. 3409-3422.
  7. Добрецов, Л.Н. Физическая электроника / Л.Н. Добрецов, М.В. Гомоюнова. - М.: Наука, 1966. - 564 с.
  8. Schmidt, L.D. Adsorption of barium on tungsten: measurements on individual crystal planes / L.D. Schmidt // The Journal of Chemical Physics. - 1967. - V. 46. - I. 10. - P. 3830-3841. doi: 10.1063/1.1840456.
  9. Müller, E.W. Field ion microscopy, field ionization and field evaporation / E.W. Müller, T.T. Tsong // Progress in Surface Science. - 1974. - V. 4. - P. 1-139. doi: 10.1016/S0079-6816(74)80005-5.
  10. Мюллер, Э.В. Автоионизация и автоионная микроскопия / Э.В. Мюллер // Успехи физических наук.- 1962. -Т. 77. - Вып. 3. - С. 481-552. doi: 10.3367/UFNr.0077.196207c.0481.
  11. Клименко, Е.В. Об электронном состоянии адсорбированных атомов цезия, лития и бария на грани (110) вольфрама / Е.В. Клименко, А.Г. Наумовец // Физика твердого тела. - 1971. - Т. 13. - Вып. 1.- С. 33-40.
  12. Dalgarno, A. Atomic polarizabilities and shielding Factor / A. Dalgarno // Advances in Physics. - 1962.- V. 11. - I. 44. - P. 281-315. doi: 10.1080/00018736200101302.
  13. Агеев, В.Н. Кинетика термодесорбции атомов и ионов цезия с поверхности грани (001) вольфрама / В.Н. Агеев, Н.И. Ионов, Б.К. Медведев, Б.В. Якшинский // Физика твердого тела. - 1978. - Т. 20.- Вып. 5. - С. 1334-1338.
  14. Медведев, В.К. Адсорбция бария на гранях Mo (112) и Re (10 0) / В.К. Медведев, И.Н. Яковкин // Физика твердого тела. - 1981. - Т. 23. - Вып. 3. - С. 669-677.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).