Oppervlaktereconstructie

Oppervlaktereconstructie is het proces waarbij de atomaire structuur van de bovenste laag van een kristallijn materiaal afwijkt van de bulkvolgorde, vaak als gevolg van de lagere coördinatie aan het oppervlak en de daarmee samenhangende oppervlaktespanning. Er wordt onderscheid gemaakt tussen reconstructie, waarbij de oppervlaktestructuur een andere periodiciteit krijgt dan het onderliggende bulkrooster, en relaxatie, waarbij atomen alleen geringe verschuivingen vertonen zonder verandering van de oppervlaktestructuur op macroniveau.

Oorzaken zijn onder meer de neiging tot minimale oppervlakte-energie, temperatuur, reinheid en de aanwezigheid van adsorbaten. De verschillende recontructiepatronen hangen af van het materiaal en de kristaloriëntatie en kunnen sterk uiteenlopen in orde en periodiciteit. Voor siliciumoppervlakken zijn bijvoorbeeld de Si(100) 2x1-reconstructie en de Si(111) 7x7-reconstructie bekend, terwijl goudoppervlak Au(111) een kenmerkende 22×√3-herringbone-reconstructie vertoont.

Onderzoek en waarneming gebeuren met technieken als scanning tunneling microscopy (STM), lage-energiediffractie (LEED), atomic force microscopy (AFM) en gerelateerde spectroscopische methoden. Deze technieken maken het mogelijk de patronen, periodiciteit en energielandschappen van de oppervlakken te observeren en te modelleren. De reconstructie heeft invloed op elektronische eigenschappen, katalytische activiteit en de werking van nanoschaalvelden in zowel halfgeleiderfabricage als oppervlaktechemie.

Toepassingen vinden zich in de semiconductorindustrie, katalyse en nanofabricage, waar gecontroleerde oppervlaktestructuren kunnen worden gebruikt om eigenschappen en prestaties van materialen te optimaliseren. Modellering en experimentele studie blijven nodig om de dynamiek van reconstructie onder verschillende omstandigheden te begrijpen.