Karuuntuminen

Karuuntuminen on ilmiö, jossa kristallipinnan mikroskooppinen korkeusvaihtelu kasvaa ja pinta menettää säännöllisyytensä. Litistetty tai hyvin tasainen pinta voi kokea epäjatkuvuuksia, kuten askeleita ja kärkiä, jotka lisääntyvät lämpötilan tai kasvuolosuhteiden vaikutuksesta. Ilmiöä tutkitaan erityisesti kristallografisissa pinnoissa ja nanostruktuurien kasvussa.

Usein karuuntuminen liittyy niin sanottuun roughening-tilaan. Kun lämpötila ylittää tason, jonka jano-energian ja entropian tasapaino mahdollistaa, pinnan säännöllisyys heikkenee ja mikroskooppinen korkeusvaihtelu kasvaa. Tämä johtaa pinnan mikroskooppiseen karheutumiseen, jossa askeleet, kärjet ja epätasaisuudet esiintyvät enemmän ja pinnan pitkän aikavälin säännöllisyys heikkenee. Vicinal-pinnoilla karuuntuminen voi ilmetä aikaisemmin ja johtaa korkeusvaihtelujen kasvamiseen useammin.

Mekanismin taustalla ovat termodynaaminen tasapaino, pinnan energiatasojen anisotropia sekä entropian vaikutus. Teoreettisesti malleja käytetään kuvaamaan ilmiötä, kuten solid-on-solid -malleja ja pintojen suorituskyvyn tilan tilallisia malleja. Käytännössä karuuntumista voidaan tarkastella sekä termisen tasapainon että kasvun epäjatkuvuuksien kautta.

Karuuntumista havainnoidaan muun muassa kevytelektronografiaan ja pinnojen kuvaamiseen tarkoitetuilla menetelmillä, kuten LEED, STM ja AFM, sekä muilla pinta- ja kuvaskannausmenetelmillä. Ilmiö vaikuttaa pinnan katalyyttisiin ominaisuuksiin, filmien laadukkuuteen sekä kasvuolosuhteiden hallintaan, mikä on tärkeää esimerkiksi puolijohde- ja metallipinnoilla sekä katalyyttisissä sovelluksissa.