Energia wiązania

Aby zbadać wpływ energii wiązania na efektywność procesu rozpylania molekuł benze-nu, energię wiązania molekuł benzenu zmieniano od wartości 0.4 eV do 4.0 eV [RZE09A]. Zmiana energii wiązania została zrealizowana następująco. Energia wiązania cząstki or-ganicznej do podłoża jest sumą energii potencjalnej oddziaływania atomów wchodzących w skład cząstki z atomami podłoża. Zatem zwiększając x-krotnie wielkość oddziaływania C/H–Ag można x-krotnie zwiększyć energię wiązania molekuły do podłoża. Dla potencjału Lennarda-Jonesa (patrz 2.4.1) użytego do opisu oddziaływania molekuł z podłożem Ag informację o tym, jak duże jest przyciągające oddziaływanie pomiędzy atomami dostarcza parametr . Modyfikacja wartości tego parametru pozwala zatem uzyskać żądaną energię wiązania molekuły do podłoża. Dla każdej wybranej wartości energii wiązania molekuł benzenu do podłoża wykonano po jednym uderzeniu pociskiem 14.76 keV Ar2953.

Analizę wyników rozpoczęto od określenia wpływu energii wiązania na rozmiar i kształt obszaru, z którego dochodzi do emisji molekuł benzenu. Na rys. 77 pokazano początkowe położenia usuniętych z układu molekuł C6H6 dla trzech różnych wyborów energii wiązania: a) 0.8 eV, b) 1.2 eV i c) 2.1 eV. Molekuły zostały pokolorowane z uwagi na ich końcową energię kinetyczną. Otrzymane wyniki porównano z danymi otrzymanymi dla tablicowej wartości energii wiązania zaprezentowanymi na rys. 73b. Sam mechanizm

a) E_wiązania=0.8 eV b) E_wiązania=1.2 eV c) E_wiązania=2.1 eV

8.0 nm 8.4 nm

9.9 nm

Rysunek 77: Początkowe położenia rozpylonych molekuł benzenu dla różnych energii wiązania benzenu do podłoża: a) 0.8 eV, b) 1.2 eV i c) 2.1 eV. Molekuły wyemitowane w wyniku uderzenia klastera 14.76 keV Ar2953 pokolorowano w zależności od końcowej energii kinetycznej: 01 eV -kolor niebieski; 1-10 eV - -kolor zielony; >10 - -kolor czerwony). Porównaj z rys. 73b, na którym pokazano sytuację dla tablicowej wartości energii wiązania 0.4 eV

emisji cząstek benzenu nie zmienia się wraz ze zmianą energii wiązania benzenu, choć oczywiście, jak pokazano na rys. 77, efektywność emisji wyraźnie zależy od siły oddziały-wania molekuł z podłożem. Dla energii wiązania równej 0.8 eV zaobserwowano powolne zanikanie emisji molekuł spod pocisku. W miarę dalszego wzrostu energii wiązania, ob-szar emisji zmniejsza się i zmienia swój kształt z kolistego (rys. 73b) na pierścieniowy (rys. 77c). Ta obserwacja dowodzi, że podobny kształt obszaru emisji obserwowany dla cząstek PS4 (patrz rys. 36 oraz rys. 52) może być całkowicie utożsamiany z większą ener-gią wiązania molekuł do podłoża. Interesującym spostrzeżeniem jest brak emisji molekuł benzenu z uwagi na relaksację powierzchni na rys. 77c, podczas gdy analogiczna emisja jest obserwowana dla molekuł PS4 (rys. 52). Wydaje się, że wpływ na to ma różny rozmiar oraz kształt obydwu badanych cząstek organicznych. Mniejszy rozmiar molekuł benzenu sprawia, że ich wiązanie do podłoża jest bardziej przestrzennie zlokalizowane, ponieważ wynika z oddziaływania z mniejszą liczbą atomów Ag. Tym samym emisja cząstek benzenu jest bardziej wrażliwa na zmianę energii wiązania, gdyż mniej atomów powracającego do równowagi podłoża oddziałuje na zasadzie „trampoliny” (patrz rys. 76c i d) z pojedynczą cząstką C6H6.

Zredukowanie powierzchni obszaru, z której następuje emisja molekuł, sugeruje istnie-nie malejącej zależności współczynnika rozpylenia całych molekuł benzenu od ich energii wiązania do podłoża. Na rys. 78a) zostało pokazane, że współczynnik rozpylenia jest od-wrotnie proporcjonalny do energii wiązania, co umożliwia stosunkowo łatwe przewidywa-nie wartości współczynnika rozpylenia dla dowolnej energii wiązania benzenu do podłoża.

Rysunek 78: Zależność współczynnika rozpylenia całych molekuł benzenu, atomów podłoża oraz fragmentów organicznych w zależności od: a) odwrotności energii wiązania molekuł benzenu, b) energii wiązania molekuł benzenu dla bombardowania pociskiem 14.76 keV Ar2953

Jeśli natomiast te same dane przedstawi się w postaci zależności Y(E_WIĄŻ) tak jak na rys. 78, to okaże się, że istnieją dwa trendy opisujące zmianę współczynnika rozpylenia od energii wiązania. Dla niewielkich energii wiązania, wzrost jej wartości powoduje szybki spadek liczby rozpylonych molekuł C6H6, podczas gdy jedynie niewielkie zmiany współ-czynnika rozpylenia towarzyszą modyfikacji energii wiązania powyżej wartości 1.2 eV.

Informacje zawarte na rys. 73b, rys. 77 i rys. 78 wskazują, że spadek współczynnika rozpylenia w rejonie niewielkich energii wiązania może być utożsamiany z osłabieniem emisji molekuł zlokalizowanych poniżej padającego pocisku. Emisja molekuł z tego rejonu próbki jest bardzo wrażliwa nawet na niewielką zmianę energii wiązania, dlatego począt-kowo współczynnik rozpylenia bardzo szybko maleje ze wzrostem siły wiązania molekuł do podłoża. Całkowity zanik emisji materiału organicznego z obszarów znajdujących się pod pociskiem sprawia, że na zmianę wartości współczynnika rozpylenia wpływa już tylko zmiana efektywności mechanizmu „skoczni narciarskiej” decydująca o ilości usuniętych molekuł z dalej położonych obszarów układu. Z informacji zawartych na rys. 77 i rys. 78 wynika, że emisja dalej zlokalizowanych molekuł dużo słabiej zależy od ich energii wią-zania do podłoża, niż ma to miejsce dla emisji „spod pocisku”. Decyduje o tym większa dynamika cechująca mechanizm „skoczni narciarskiej” — cząstki organiczne wyemitowa-ne wskutek działania tego mechanizmu posiadają znacznie większe ewyemitowa-nergie kiwyemitowa-netyczwyemitowa-ne,

niż molekuły rozpylone z uwagi na mechanizm „trampoliny”. Dzięki temu zanim ustanie emisja z obszarów położonych „na zewnątrz” od miejsca uderzenia pocisku, to prawdo-podobnie najpierw jest obniżana energia kinetyczna molekuł rozpylanych z tych rejonów próbki. Prawdziwość ostatniego stwierdzenia nie może zostać zweryfikowana na podstawie danych przedstawionych na rys. 77 z uwagi na przyjętą formę ich prezentacji. Aby dokład-niej zweryfikować hipotezę zakładającą spadek energii kinetycznej rozpylonych molekuł benzenu ze wzrostem energii wiązania, konieczne jest sporządzenie zależności rozkładów energii kinetycznej wyemitowanych cząstek od ich energii wiązania do podłoża.