Powierzchnia Fe(001)

Czysta powierzchnia ˙zelaza (001) stanowi baz˛e do oblicze´n adsorpcji przedstawionych w kolejnych rozdziałach. Dlatego te˙z okre´slenie jej podstawowych wła´sciwo´sci pozwala na obserwacj˛e zmian zachodz ˛acych pod wpływem adsorbowanych cz ˛asteczek oraz atomów, które mog ˛a wpływa´c na relaksacje powierzchniowe, magnetyzm atomów ˙zelaza, czy powodowa´c zmiany pracy wyj´scia.

Relaksacje powierzchniowe, zdefiniowane według wzoru (3.1), zostały zestawione w ta-beli 4.2. Najwi˛eksze zmiany s ˛a widoczne dla dwóch pierwszych odległo´sci mi˛edzypłaszczyno-wych (∆12i ∆23). Wida´c wyra´zne skrócenie odległo´sci pomi˛edzy pierwsz ˛a i drug ˛a warstw ˛a

˙ze-Tabela 4.2: Zestawienie obliczonych relaksacji powierzchni ˙zelaza (w %), wyników pomiarów LEED oraz teoretycznych wyników otrzymanych przez innych autorów.

Ta praca LEED Teoria [94] [58] [27] [93] [26] ∆12 −2,1 −5±2 −2,3 −3,6 −5,0 −1,9 ∆₂₃ 3,4 5±2 3,4 2,3 3,6 2,6 ∆34 0,7 0,6 0,4 0,9 0,2 ∆₄₅ 0,2 −0,1 −0,4 −0,6 −0,6

laza oraz wzrost kolejnej odległo´sci mi˛edzypłaszczyznowej. Efekt ten zwi ˛azany jest z łamaniem symetrii kryształu na powierzchni oraz zmian ˛a liczby koordynacyjnej atomów powierzchnio-wych. Relaksacje kolejnych odległo´sci wynosz ˛a poni˙zej 1%. Otrzymane w obliczeniach zmiany odległo´sci pomi˛edzy kolejnymi warstwami ˙zelaza do´s´c dokładnie powielaj ˛a wcze´sniejsze wyni-ki teoretyczne wykorzystuj ˛ace potencjały PAW [58, 27, 93, 26]. Wida´c te˙z zgodno´s´c relaksacji z warto´sciami uzyskanymi w pomiarach LEED [94].

Najwa˙zniejszymi wielko´sciami energetycznymi, dyskutowanymi w pracy, s ˛a energia po-wierzchniowa (Esurf) oraz praca wyj´scia (Φ). Energia powierzchniowa jest równa pracy, wyma-ganej do utworzenia jednostkowej powierzchni z kryształu w okre´slonej płaszczy´znie krysta-licznej. Mo˙zna j ˛a obliczy´c stosuj ˛ac nast˛epuj ˛acy wzór:

E_surf = ¹

2A^(Etotal− nE_bulk) , (4.3)

gdzie Etotaljest energi ˛a całkowit ˛a płytki modeluj ˛acej powierzchni˛e, n liczb ˛a warstw w płytce, A oznacza pole powierzchni płytki, natomiast czynnik 1/2 jest zwi ˛azany z dwoma powierzchnia-mi płytki. Ebulk jest energi ˛a całkowit ˛a we wn˛etrzu kryształu ˙zelaza bcc, która została policzona jako ró˙znica energii całkowitej pomi˛edzy (n + 1)– oraz n–warstwow ˛a płytk ˛a. Zestawienie obli-czonej warto´sci Esurf z innymi warto´sciami literaturowymi przedstawione zostało w tabeli 4.3. Otrzymana warto´s´c (2,52 J/m2) dobrze zgadza si˛e z warto´sciami eksperymentalnymi, wyno-sz ˛acymi, odpowiednio, 2,41 [21] oraz 2,55 J/m² [95]. Du˙za zgodno´s´c wyst˛epuje tak˙ze z in-nymi warto´sciami uzyskain-nymi we wcze´sniejszych obliczeniach wykorzystuj ˛acych potencjały PAW [58, 27, 93].

Praca wyj´scia, czyli praca wymagana do przeniesienia elektronu z poziomu Fermiego do niesko´nczono´sci, została policzona jako ró˙znica pomi˛edzy elektrostatyczn ˛a energi ˛a potencjaln ˛a

Tabela 4.3: Porównanie obliczonych wła´sciwo´sci powierzchni Fe(001), energii powierzchniowej (E_surf), pracy wyj´scia (Φ), momentów magnetycznych atomów ˙zelaza pierwszej (µ₁), drugiej (µ₂) oraz trzeciej (µ3) warstwy z literaturowymi warto´sciami eksperymentalnymi oraz teoretycznymi.

Ta praca Eksperyment ^Teoria

PAW FLAPW E_surf [J/m²] 2,52 2,41 [21] 2,47 [58] 2,35 [96] 2,55 [95] 2,47 [27] 2,48 [93] Φ [eV] ^{3,86 4,24 [97] 3,86 [58] 3,88 [98] 4,29 [25]} 4,67 [99] 3,91 [27] µ₁[µB] 2,94 2,94 [58] 2,94 [98] 2,98 [25] 3,01 [100] µ₂[µ_B] 2,33 2,32 [58] 2,32 [98] 2,35 [25] 2,36 [100] µ₃[µB] 2,40 2,40 [58] 2,38 [98] 2,39 [25] 2,42 [100] w obszarze pró˙zni (φ_vac) oraz poziomem Fermiego w krysztale (E_F):

Φ = φ_vac− E_F. (4.4) Obliczona w ten sposób praca wyj´scia z powierzchni Fe(001) jest równa 3,86 eV. Jest to mniej-sza warto´s´c w porównaniu z wynikami eksperymentalnymi (4,24 [97] oraz 4,67 eV [99]), ale porównywalna z uzyskanymi we wcze´sniejszych obliczeniach stosuj ˛acych potencjały PAW [58, 27, 98]. Znacznie bli˙zsza warto´sci eksperymentalnej jest natomiast wielko´s´c uzyskana przy za-stosowaniu metody FLAPW (4,29 eV [25]).

Rysunek 4.2 przedstawia g˛esto´sci stanów d atomów ˙zelaza przy powierzchni Fe(001). Zauwa˙zy´c mo˙zna du˙ze zmiany w porównaniu z wn˛etrzem kryształu ˙zelaza bcc (rys. 4.1), w szcze-gólno´sci dla atomów pierwszej warstwy. Stany wi˛ekszo´sciowe s ˛a przesuni˛ete w kierunku ujem-nej energii, natomiast w przeciwnym kierunku przemie´sciły si˛e stany mniejszo´sciowe, w któ-rych pojawił si˛e wyra´zny pik powy˙zej energii Fermiego. Skutkuje to zmian ˛a polaryzacji spi-nowej na poziomie Fermiego, co ma zasadnicze znaczenie dla zjawisk zwi ˛azanych ze spinowo spolaryzowanym transportem elektronów. Zmiany te powoduj ˛a tak˙ze wzmocnienie momentu magnetycznego pierwszej warstwy ˙zelaza, który osi ˛aga warto´s´c 2,94µB(tab. 4.3). Rozkład g˛e-sto´sci stanów d kolejnych warstw jest podobny do tego w krysztale. Jest to odzwierciedlone w momentach magnetycznych, których wielko´sci (2,33 i 2,40µB) s ˛a tylko nieznacznie

wzmoc--6 -4 -2 0 2 4 6 Energia [eV] -2 -1 0 1 2

PDOS [stany / eV atom]

L#1 L#2 L#3 spin ↑

spin ↓

Rysunek 4.2: Parcjalna g˛esto´s´c stanów d ˙zelaza dla pierwszej (L#1), drugiej (L#2) i trzeciej warstwy (L#3) powierzchni Fe(001). Zero na skali energii okre´sla poziom energii Fermiego.

nione w porównaniu do kryształu Fe (2,19µ_B). Z kolei moment magnetyczny gł˛ebszych warstw ˙zelaza jest niemal identyczny jak w przypadku wn˛etrza kryształu bcc. Uzyskane zmiany ma-gnetyzmu na powierzchni Fe(001) bardzo dobrze zgadzaj ˛a si˛e z wynikami wcze´sniejszych ob-licze´n, wykorzystuj ˛acych przybli˙zenie GGA [58, 98] oraz metod˛e FLAPW [25, 100].

Rozdział 5

Adsorpcja cz ˛asteczek MgO na czystej

powierzchni Fe(001)

W rozdziale 1 opisane zostały metody otrzymywania tlenku magnezu na powierzchni ˙zelaza. Jedn ˛a z nich jest adsorpcja cz ˛asteczek tlenku magnezu na czystej powierzchni Fe(001). W ramach tej pracy wykonane zostały teoretyczne symulacje formowania si˛e monowarstwy MgO wykorzystuj ˛ace t˛e metod˛e. Obliczenia adsorpcji cz ˛asteczek MgO były prowadzone na obustronnie relaksowanej komórce 3×3 powierzchni płytki ˙zelaza (001), opisanej w rozdziale 4. Cz ˛asteczki były adsorbowane po obu stronach płytki. Długo´s´c wi ˛azania pomi˛edzy atomami Mg i O w cz ˛asteczce MgO, równa 1,75 Å, została otrzymana w obliczeniach wykonanych dla swobodnej cz ˛asteczki.

Pierwszy etap symulacji polegał na znalezieniu najkorzystniejszych miejsc adsorpcyj-nych dla pojedynczej cz ˛asteczki MgO na powierzchni Fe(001). Na rysunku 5.1(a) przedsta-wione zostały dost˛epne miejsca adsorpcyjne na powierzchni Fe(001: pozycja mi˛edzyw˛ezłowa pomi˛edzy czterema powierzchniowymi atomami ˙zelaza (int), mostkowa pomi˛edzy dwoma ato-mami Fe (bri) oraz nad atomem Fe (ot). W obliczeniach wzi˛ete zostały tak˙ze pod uwag˛e dwa mo˙zliwe uło˙zenia cz ˛asteczek MgO wzgl˛edem podło˙za: równoległe, z atomami Mg i O w ró˙z-nych pozycjach adsorpcyjró˙z-nych (rys. 5.1(b)) oraz prostopadłe do powierzchni, w których cz ˛ a-steczka wi ˛a˙ze si˛e z podło˙zem poprzez atom magnezu lub tlenu (rys. 5.1(c)). Okre´slone w ten sposób poło˙zenia atomów dały w sumie sze´s´c geometrii z cz ˛asteczk ˛a MgO uło˙zon ˛a równolegle do powierzchni, które oznaczone zostały wyra˙zeniami int-ot, ot-int, bri-ot, ot-bri, bri-int oraz int-bri, gdzie pierwszy człon wyra˙zenia okre´sla poło˙zenie atomu Mg, natomiast drugi wskazuje

(b) (c) (a)

x

x

x

Rysunek 5.1: (a) Miejsca adsorpcyjne na powierzchni Fe(001): nad atomem ˙zelaza (ot), pozycja mi˛e-dzyw˛ezłowa (int) oraz mostkowa (bri). Rozwa˙zono dwie orientacje cz ˛asteczki MgO wzgl˛edem podło˙za: (b) pozioma i (c) pionowa.

poło˙zenie atomu O. Podobnie nazwanych zostało sze´s´c konfiguracji z cz ˛asteczk ˛a MgO zoriento-wan ˛a prostopadle: dla których MgO wi ˛a˙ze si˛e z podło˙zem w ró˙znych miejscach adsorpcyjnych poprzez atom tlenu (O-ot, O-int i O-bri) oraz poprzez atom magnezu (Mg-ot, Mg-int i Mg-bri).

5.1 Geometria i energetyka

Energia adsorpcji

Energia adsorpcji cz ˛asteczek MgO została obliczona z nast˛epuj ˛acego wzoru: E_ad = −¹

N^{(EMgO/Fe(001)}− E_Fe(001)− N E_MgO) , (5.1)

gdzie E_MgO/Fe(001) jest energi ˛a całkowit ˛a płytki modeluj ˛acej powierzchni˛e Fe(001) z zaadsor-bowanymi cz ˛asteczkami MgO, EFe(001) jest energi ˛a całkowit ˛a czystej powierzchni Fe(001). N oznacza liczb˛e adsorbowanych cz ˛asteczek po obu stronach płytki, natomiast E_MgOjest ener-gi ˛a swobodnej cz ˛asteczki MgO. Wi˛eksza warto´s´c Eadoznacza mocniejsze zwi ˛azanie cz ˛asteczki z podło˙zem.

Energia adsorpcji pojedynczej cz ˛asteczki MgO adsorbowanej w powierzchniowej ko-mórce 3×3 dla ró˙znych geometrii adsorpcyjnych została przedstawiona w tabeli 5.1. Znacz-nie wy˙zsz ˛a energi ˛a adsorpcji charakteryzuj ˛a si˛e konfiguracje zorientowane równlolegle do po-wierzchni. Najwy˙zsze warto´sci uzyskane zostały dla układów int-ot oraz int-bri, których energie s ˛a odpowiednio równe 4,60 oraz 4,90 eV. Dla pozostałych równoległych konfiguracji energia wi ˛azania jest nieco ni˙zsza i waha si˛e od 4,14 do 4,40 eV. Z kolei energia adsorpcji w konfigu-racjach z cz ˛asteczk ˛a MgO zorientowan ˛a prostopadle do podło˙za jest wyra´znie ni˙zsza. Energia

Tabela 5.1: Energia adsorpcji E_adcz ˛asteczki MgO adsorbowanej na powierzchni Fe(001) dla wszystkich rozwa˙zanych geometrii adsorpcji. W geometrii równoległej, pierwszy człon wyra˙zenia okre´sla poło˙zenie magnezu, drugi natomiast opisuje poło˙zenie tlenu. W geometrii prostopadłej, pierwsza cz˛e´s´c wyra˙zenia okre´sla atom, który wi ˛a˙ze si˛e z powierzchni ˛a, druga okre´sla poło˙zenie cz ˛asteczki.

Geometria równoległa Geometria prostopadła Konfiguracja E_ad [eV] Konfiguracja E_ad [eV]

int-ot 4,60 O-ot 3,31 ot-int 4,37 O-int 4,19 bri-ot 4,17 O-bri 3,83 ot-bri 4,14 Mg-ot 1,38 bri-int 4,40 Mg-int 0,64 int-bri 4,90 Mg-bri 1,33

wi ˛azania nie przekraczaj ˛aca 4 eV wyliczona została dla prostopadłych konfiguracji O-ot i O-bri z atomem O zwróconym ku podło˙zu. Jedynie w geometrii prostopadłej O-int, energia adsorpcji, równa 4,19 eV, jest porównywalna z konfiguracjami równoległymi. Wi˛eksza w tym przypad-ku warto´s´c E_ad zwi ˛azana jest z niewielk ˛a odległo´sci ˛a atomu tlenu do powierzchni, wynosz ˛ac ˛a 0,69 Å. Du˙zo ni˙zsza energia adsorpcji została natomiast znaleziona dla układów w geometrii prostopadłej, w których cz ˛asteczka wi ˛a˙ze si˛e z powierzchni ˛a za po´srednictwem atomu magne-zu. Energia przyjmuje wtedy warto´sci 0,64–1,38 eV.

Nast˛epn ˛a cz˛e´sci ˛a modelowania było zbadanie stabilno´sci najkorzystniejszych konfigu-racji w funkcji wzrastaj ˛acego pokrycia powierzchni cz ˛asteczkami MgO. Pocz ˛awszy od poje-dynczej cz ˛asteczki MgO w komórce powierzchniowej 3×3 (pokrycie Θ=1/9), w nast˛epnych etapach adsorpcji dodawane były kolejne cz ˛asteczki. W ka˙zdym etapie, zbadane zostało usta-wienie cz ˛asteczki w ka˙zdej dost˛epnej pozycji w odniesieniu do konfiguracji dla poprzednie-go stopnia pokrycia, z zachowaniem odpowiedniej geometrii adsorpcji. Dla ka˙zdepoprzednie-go stopnia pokrycia okre´slona została konfiguracja najkorzystniejsza energetycznie. Według tego sche-matu, przeanalizowano pokrycia powierzchni adsorbatem do 9 cz ˛asteczek MgO na komórk˛e 3×3, co stanowi pełn ˛a monowarstw˛e MgO (Θ=1). Ze wszystkich zbadanych w ten sposób geo-metrii adsorpcji, jedynie konfiguracje równoległa do powierzchni, int-ot, oraz prostopadła, O-int, prowadziły do obserwowanej do´swiadczalnie struktury, jak ˛a jest pseudomorficzny układ MgO/Fe(001). Inne prostopadłe oraz równoległe orientacje cz ˛asteczki MgO, wliczaj ˛ac w to

konfiguracj˛e int-bri, która charakteryzuje si˛e najwy˙zsz ˛a energi ˛a adsorpcji dla Θ=1/9, w przy-padku wy˙zszych pokry´c staj ˛a si˛e du˙zo słabiej zwi ˛azane z powierzchni ˛a w porównaniu z geo-metri ˛a int-ot. Zwi ˛azane jest to ze wzrostem odległo´sci pomi˛edzy adsorbatem i podło˙zem oraz brakiem porz ˛adkowania si˛e fazy MgO. W dodatku, nie prowadz ˛a one do ˙zadnych znanych i ob-serwowanych w rzeczywistych układach struktur. Z kolei w przypadku konfiguracji O-int, dla wy˙zszych pokry´c MgO energia wi ˛azania jest znacz ˛aco ni˙zsza ni˙z dla int-ot. Bior ˛ac pod uwag˛e powy˙zsze dane, geometria int-ot okazuje si˛e dla wi˛ekszych pokry´c najstabilniejsz ˛a konfigura-cj ˛a MgO na powierzchni Fe(001). W zwi ˛azku z tym, dalsza cz˛e´s´c rozwa˙za´n skupia si˛e głównie na orientacji int-ot oraz, w mniejszym zakresie, na O-int, która mo˙ze prowadzi´c do struktury z utlenioni ˛a powierzchni ˛a ˙zelaza.

Wykres energii adsorpcji w funkcji pokrycia MgO został przedstawiony na rys. 5.2. W przypadku konfiguracji int-ot, z atomami Mg w pozycjach mi˛edzyw˛ezłowych i O nad atoma-mi ˙zelaza, energia wi ˛azania wzrasta monotonicznie z pokryciem, od warto´sci 4,60 eV dla Θ=1/9 do 6,78 eV dla pełnej monowarstwy MgO. Tak du˙zy wzrost zwi ˛azany jest nie tylko z tworze-niem si˛e wi ˛aza´n cz ˛asteczek z podło˙zem, lecz tak˙ze z formowaniem si˛e silnych poł ˛acze´n pomi˛e-dzy atomami adsorbatu. Dla porównania, na rys. 5.2 zaznaczone zostały tak˙ze zmiany energii adsorpcji w funkcji pokrycia MgO dla prostopadłej geometrii O-int, z atomem O wi ˛a˙z ˛acym si˛e z powierzchni ˛a. Energia wi ˛azania, w przeciwie´nstwie do geometrii int-ot, ro´snie jedynie nie-znacznie ze wzrostem pokrycia. Wida´c, ˙ze wi ˛azanie MgO z powierzchni ˛a jest du˙zo słabsze ni˙z w przypadku cz ˛asteczek adsorbowanych równolegle. Dla Θ=1, ró˙znica w energiach adsorpcji

0 1/9 3/9 5/9 7/9 1 Θ [ML] 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 E ^ad [eV] int-ot O-int

Rysunek 5.2: Energia adsorpcji (Ead) w funkcji pokrycia MgO (Θ) dla najbardziej korzystnej orientacji int-ot oraz geometrii prostopadłej O-int.

dla tych dwóch geometrii przekracza 2 eV.

Wła´sciwo´sci strukturalne

Zoptymalizowane konfiguracje dla wybranych pokry´c MgO w geometrii int-ot zostały przedstawione na rys. 5.3. Jak mo˙zna zauwa˙zy´c, cz ˛asteczki MgO adsorbowane na powierzch-ni formuj ˛a zwarte, symetryczne, dwuwymiarowe klastry. Wyniki te s ˛a zgodne z do´swiadczal-nie obserwowan ˛a tendencj ˛a do wyspowego wzrostu podczas depozycji MgO na powierzchni Fe(001) [42]. Dla niektórych pokry´c zaobserwowa´c mo˙zna asymetri˛e klastrów, która jest spo-wodowana przesuni˛eciem atomów z idealnych pozycji adsorpcyjnych. W przypadku Θ=5/9, wyra´zne przesuni˛ecie jednego z atomów O wynika z ni˙zszej koordynacji do atomów adsorbatu w porównaniu z pozostałymi atomami, które tworz ˛a zwart ˛a struktur˛e. Na rysunku 5.4 przed-stawiona została zmiana ´sredniej odległo´sci pomi˛edzy atomami Mg i O (dMg−O) w zale˙zno´sci od stopnia pokrycia powierzchni cz ˛asteczkami MgO. W wyniku oddziaływa´n z powierzch-ni ˛a, dMg−O, która dla swobodnej cz ˛asteczki wynosi 1,75 Å, wzrasta od warto´sci pocz ˛atkowej 1,88 Å dla Θ=1/9 do 2,01 Å dla pełnego pokrycia. Jest to wielko´s´c mniejsza ni˙z odległo´s´c Mg-O w krysztale MgO, która wynosi 2,11 Å [101]. Ró˙znica ta spowodowana jest pseudomor-ficznym wzrostem na powierzchni Fe(001) i oznacza wyst˛epowanie epitaksjalnych napr˛e˙ze´n wynikaj ˛acych z niedopasowania sieci krystalicznych MgO(001) i Fe(001). Dla pokrycia 5/9 zauwa˙zy´c mo˙zna obni˙zon ˛a warto´s´c d_Mg−O, co wynika ze wspomnianej ju˙z wcze´sniej ni˙zszej symetrii struktury adsorbatu MgO. Ró˙znica stałych sieci krystalicznych podło˙za i adsorbatu przyczynia si˛e tak˙ze do pofałdowania warstwy MgO, w której atomy Mg le˙z ˛a o 0,11 Å bli˙zej powierzchni ni˙z tlen. Podobny efekt był tak˙ze raportowany przez Jeona et al. [58]. W przypadku pełnej monowarstwy MgO, atomy Mg i O znajduj ˛a dokładnie w swoich miejscach adsorpcyj-nych, w odró˙znieniu od niepełnych pokry´c MgO, dla których, w wyniku oddziaływa´n pomi˛edzy adsorbatem, atomy O s ˛a lekko przesuni˛ete w kierunku atomów Mg (rys. 5.3).

Obliczona wysoko´s´c atomów tlenu nad powierzchni ˛a ˙zelaza (h_O) wzrasta wraz ze stop-niem pokrycia MgO z pocz ˛atkowej warto´sci równej 1,90 Å dla Θ=1/9 do 2,24 Å dla Θ=1. Ten ostatni wynik bardzo dobrze zgadza si˛e z do´swiadczalnie uzyskan ˛a odległo´sci ˛a Fe-O w inter-fejsie Fe/MgO(001), równ ˛a 2,20±0,05 Å [102]. Wysoko´s´c hO wzrasta wraz z pokryciem, co oznacza, ˙ze atomy tlenu nie wnikaj ˛a do powierzchniowej warstwy Fe. Skutkuje to formowa-niem si˛e ostrego, nieutlenionego interfejsu MgO/Fe(001), który w pracach eksperymentalnych

θ =1/9 θ =1 θ =7/9 θ =5/9 θ =3/9 E_ad=4.60 eV E_ad=5.60 eV E_ad=6.10 eV E_ad=6.41 eV E_ad=6.78 eV

Rysunek 5.3: Najstabilniejsza konfiguracja int-ot adsorpcji cz ˛asteczek MgO na powierzchni Fe(001) z atomami Mg w pozycjach mi˛edzyw˛ezłowych (int) oraz atomami O nad atomami Fe (ot) dla ró˙znych pokry´c MgO. Atomy Mg/O/Fe oznaczone zostały odpowiednio czerwonym/niebieskim/br ˛azowym kolo-rem. Widok z boku (lewa kolumna) został pokazany wzdłu˙z kierunku (100). W widoku z góry (prawa kolumna), atomy Fe drugiej warstwy oznaczone s ˛a ja´sniejszym kolorem.

0 1/9 3/9 5/9 7/9 1 Θ [ML] 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 d ^Mg-O [Å]

Rysunek 5.4: Odległo´s´c Mg-O (d_Mg−O) w funkcji pokrycia MgO (Θ) dla najbardziej korzystnej orien-tacji int-ot.

otrzymywany jest zwykle w warunkach ubogich w tlen [13] (np. przez odparowanie MgO w wa-runkach UHV).

Tabela 5.2 przedstawia zmiany relaksacji powierzchniowych, zdefiniowanych według wzoru 3.1, spowodowanych adsorpcj ˛a kolejnych cz ˛asteczek MgO. Zauwa˙zy´c mo˙zna jedynie niewielkie zmiany w odległo´sciach pomi˛edzy kolejnymi warstwami podło˙za. Dla pocz ˛atkowych stopni pokrycia pierwsza odległo´s´c mi˛edzywarstwowa ulega wydłu˙zeniu, natomiast druga skró-ceniu w stosunku do czystej powierzchni Fe(001). Dalszy wzrost pokrycia powoduje odwrotne zmiany. Dla pełnego pokrycia MgO relaksacje s ˛a prawie identyczne jak w przypadku czystej powierzchni Fe(001). Wskazuje to na bardzo du˙z ˛a stabilno´s´c podło˙za podczas formowania si˛e ostrego interfejsu metal-tlenek.

Struktura interfejsu jest bardzo czuła na pocz ˛atkow ˛a orientacj˛e cz ˛asteczek MgO wzgl˛e-dem powierzchni ˙zelaza. W przypadku prostopadle zorientowanych cz ˛asteczek adsorbowanych na powierzchni w geometrii O-int, atomy tlenu wbudowuj ˛a si˛e w pierwsz ˛a warstw˛e Fe. Dla pełnego pokrycia MgO, atomy O usytuowane s ˛a w odległo´sci 0,725 Å nad powierzchni ˛a. Ozna-cza to mo˙zliwo´s´c formowania si˛e warstwy FeO, co w konsekwencji mo˙ze prowadzi´c do ufor-mowania si˛e utlenionego intefejsu MgO/Fe z pojedyncz ˛a warstw ˛a Mg nad faz ˛a FeO. W celu urealnienia tak powstałej struktury, nieskompensowana warstwa magnezu została nast˛epnie ul-teniona. W rezultacie otrzymana została stabilna powierzchniowa monowarstwa MgO z pod-powierzchniow ˛a warstw ˛a FeO, w której pofałdowanie (wysoko´s´c atomów O nad warstw ˛a Fe) uległo zniejszeniu do warto´sci 0,388 Å. Uzyskana ostatecznie struktura odpowiada utlenionemu

Tabela 5.2: Relaksacje ∆ij (zmiana w % w porównaniu z odległo´sci ˛a mi˛edzypłaszczyznow ˛a w krysztale Fe) trzech odległo´sci mi˛edzywarstwowych powierzchni Fe(001 w funkcji pokrycia MgO dla konfiguracji int-ot. Dodatnie/ujemne warto´sci oznaczaj ˛a odpowiednio zwi˛ekszenie/zmniejszenie odległo´sci mi˛edzy-warstwowych. Θ (ML) ∆₁₂ ∆₂₃ ∆₃₄ 0 –2,1 3,4 0,7 1/9 –1,2 2,7 0,4 2/9 –0,8 2,6 0,4 3/9 –0,3 2,1 0,4 5/9 0 2,1 0,6 7/9 –0,6 2,1 0,6 9/9 –2,1 2,6 0,9

interfejsowi MgO/FeO/Fe(001), który został opisany we wcze´sniejszych pracach teoretycznych [13, 103].