Мономолекулярный слой (моноатомный слой, монослой). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Мономолекулярный слой (моноатомный слой, монослой) - внеш. слой поверхности конденсированной фазы на её границе с др. фазой или с вакуумом. Понятие M. с. применяется и в тех случаях, когда имеется выраженная поверхность, но нет фазы в термоди-намич. понимании (тонкие плёнки, тела биол. природы, мембраны и пр.).

M. с., как правило, является адсорбционным. Ад-сорбц. слой можно считать M. с. тем более строго, чем однороднее по составу и структуре адсорбат и адсорбент. Толщина разл. M. с. колеблется от межатомных расстояний (адсорбция одноатомных молекул на совершенных плотноупакованных гранях монокристаллов) до размеров адсорбиров. макромолекул (до ~10³-10⁴

Частицы M. с. имеют иное, чем в объёме, атомно-молекулярное окружение, вследствие чего условия равновесия сил, действующих в M. с. и в объёме, различны. Свободная энергия, равновесные расстояния между атомами, концентрация примесей и дефектов, плотность зарядов и т. п. параметры в M. с. отличаются от тех же параметров в объёмной фазе (см. Поверхностные явления, Поверхность).

В исследованиях M. с. без использования сверхвысокого вакуума, к-рые проводились до нач. 1960-х гг., установлено, что атомы и молекулы перемещаются в пространстве M. с. из одного локализов. положения в соседнее, если потенц. барьер между этими положениями ниже тепловой энергии. Если время перемещения больше времени нахождения на адсорбц. центрах, то M. с. можно считать двумерным газом, состояние к-рого описывается ур-ниями идеального (либо одной из модификаций реального) двумерного газа; на основе ур-ний состояния двумерного газа получены усреднённые размеры сложных органич. молекул, хорошо согласующиеся с данными, полученными методами малоуглового рассеяния нейтронов и рентг. лучей. При исследовании M. с. в них были обнаружены также фазовые переходы 1-го и 2-го родов, изучена их кинетика и термодинамика.

С 1960-х гг. начались исследования M. с. с применением сверхвысоковакуумной аппаратуры в условиях вакуумной гигиены, т. е. в хорошо контролируемых и поддерживаемых условиях. Появилась возможность дозированного изменения состава, температуры, зарядового состояния и др. параметров M. с. и прецизионного измерения этих величин, выяснена их связь с геом., в частности структурными, характеристиками поверхности. Наиб. удобны для исследования M. с. на чистых поверхностях полупроводников и др. монокристаллов, т. к. в таких M. с. наблюдаются анизотропные явления. Для изучения состава и структуры M. с. применяют зондирование поверхности электронными, нейтронными, ионными, молекулярными, рентг., световыми и по-зитронными пучками, автоионную, автоэлектронную, полевую и тепловую эмиссию частиц с исследуемых поверхностей, а также метод зондовой микроскопии. Большинство исследований должно проводиться в условиях сверхвысокого вакуума, что ограничивало возможности этих методов. Применение зондов-острий позволило снять эти ограничения.

Монослои, образовавшиеся на периодических упорядоченных подложках, характеризуются наличием дальнего порядка. Упорядочение структуры M. с. в этом случае навязано структурой подложки. Структурам, с. на жидких или аморфных подложках имеет лишь ближний порядок. В M. с. зафиксированы множества поверхностных фаз с концентрационными и температурными фазовыми переходами между ними.

При исследовании работы выхода чистых поверхностей монокристалла и тех же поверхностей с адсорбированным M. с. были обнаружены значит. расхождения этих величин, значительные концентрац. зависимости и анизотропия работы выхода с разл. граней монокристаллов тугоплавких металлов. Так, работа выхода с грани (110) W изменяется от 5,35 эВ для чистой поверхности до 1,5 эВ при её покрытии монослоем Cs. Аналогичные эффекты найдены и для др. комбинаций M. с. и подложек. Эти исследования имеют важное значение, в частности для эмиссионной электроники.

M. с. щелочных и щёлочноземельных элементов на поверхности тугоплавких и переходных металлов обладают большим положит. зарядом (приблизительно 1 элементарный заряд на атом); в образованных на тех же поверхностях M. с. молекулами O₂, N₂, СО, Cl₂и молекулами др. галогенов имеют заряд примерно в 10 раз меньший. Нек-рые M. с. образуют сверхструктуры с закономерным чередованием положительно и отрицательно заряженных фрагментов.

Схема бислоя клеточной мембраны (жидкомозаичная модель): 1 - гидрофобные концы; 2 -гидрофильные головки липидов; 3 - молекулы холестерина; 4 - глобула белка; 5 - моно- и олигосахариды.

K M. с. близко примыкают клеточные мембраны, к-рые представляют собой бислой липидных молекул (рис.). Их гидрофобные остатки жирных к-т ("хвосты") обращены навстречу и пронизывают друг друга, а полярные головки остатков фосфорной к-ты, спиртов и углеводов обращены наружу. Вязкость этого жидкокристаллич. образования в 100-1000 раз больше, чем у воды, но глобулярные молекулы белков могут перемещаться вдоль и сквозь мембрану (см. Клеточные структуры).

Свойства M. с. определяют явления катализа, роста кристаллов (в частности, эпитаксиальных плёнок), поведение суспензий, эмульсий; M. с. используют в эмиссионной электронике и микроэлектронике.

Литература по мономолекулярному слою (моноатомному слою, монослою)

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.