Поверхностная диффузия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Поверхностная диффузия - процесс, связанный (как и в случае объёмной диффузии) с перемещением частиц, как правило, за счёт случайных тепловых блужданий (обычно атомов или молекул), происходящих на поверхности конденсиров. тела в пределах первого поверхностного слоя атомов (молекул) или поверх него. Наиб. полно изучена П. д. атомов одного вида по поверхности твёрдого тела, состоящего пз атомов др. вида. Энергетич. барьеры на поверхности, к-рые преодолеваются диффундирующими частицами, существенно ниже энергетич. барьеров в объёме твёрдого тела. Поэтому энергия активации для П. д. (иногда говорят "для миграции частиц") Q_П составляет лишь часть Q₀ - энергии активации для диффузии в объёме для той же пары диффундирующий атом - матрица. В зависимости от кристаллографич. природы подложки, степени покрытия поверхности диффузантом (адсорбатом), температуры, характера взаимодействия частиц адсорбата и подложки и частиц адсорбата между собой реализуются разл. механизмы П. д. Напр., при малых степенях покрытия атомы могут перемещаться по поверхности поодиночке, практически не взаимодействуя между собой. При больших степенях покрытия атомы могут образовывать "по дороге" двумерные ассоциаты, растущие и разрушающиеся. Атомы на сильно смачиваемой подложке (т. е. сильно притягиваемые подложкой) при больших степенях покрытия "примерзают" в первом слое, а движение осуществляется по этому, собственному, слою атомов с закреплением на краю распространяющегося слоя адсорбата. Возможно также движение двумерных связанных групп (двумерное броуновское движение) или даже перемещение нек-рых областей слоя как целого при погружении в него из верхнего (избыточного) слоя новых частпц (солитонный механизм). Возможны и иные промежуточные и комбиниров. механизмы П. д. Каждый из них характеризуется вполне определённой Q_П, так что для одной и той же пары веществ могут быть получены сильно различающиеся энергии активации (и, соответственно, коэф. диффузии). Спектр Q_П и реализующихся механизмов П. д. богаче, чем для объёмной диффузии. Обычно П. д. рассматривают как процесс, определяющий изменение поверхностной концентрации адсорбата от неравновесной к равновесной при наличии соответствующих градиентов концентрации. В более общем случае имеют в виду вообще перемещение частиц при тепловом движении. Так, в случае перемещения по поверхности твёрдого тела собств. частиц (поверхностной самодиффузии) на первый взгляд не имеет смысла говорить о концентрации, но вполне можно рассматривать концентрации собств. частиц в разл. положениях на поверхности: одиночные, у края ступени, в ступени и т. д. И если ситуация отличается от равновесной, перемещение частиц приведёт к заметным изменениям шероховатости или даже формы поверхности.
П. д. и самодиффузия исследуются экспериментально разл. методами, регистрирующими результат перемещения частиц (меченые атомы, измерение работы выхода). Однако наиб. число данных по П. д., в т. ч. весьма определённых и детализированных, получено методами полевой эмиссионной микроскопии (электронной и ионной; см. Ионный проектор. Атомный зонд). В этом случае, кроме измерения Q_п, коэф. диффузии, предэкспоненциального множителя в ур-нии диффузии, однозначно определяется механизм перемещения частиц. Данные о П. д. важны для ряда техн. приложений, таких как ионные двигатели, точечные источники ионов, катоды и др., а также для решения смежных науч. задач: определения сил связи на поверхности, изучения двумерных фазовых переходов, кинетики каталитич. реакций, определения поверхностной энергии анизотропных твёрдых тел.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

Поверхностная диффузия

Литература по поверхностной диффузии