Overflatetilstanden

Overflatetilstanden er et begrep innen fysikk og materialvitenskap som beskriver elektroniske tilstander som er spesielt knyttet til grenseflaten mellom et fast stoff og dets omgivelse. Disse tilstandene skiller seg fra bulktilstandene i materialet ved at de har en spesiell romlig utbredelse nær overflaten og ofte en karakteristisk energiprofil.

Overflatetilstander oppstår fordi terminalen av krystalstrukturen ved overflaten endrer elektriske bindinger og kan føre til rekonstitusjon av atomlag eller adsorberte atomer. Som følge av dette kan elektroner eksistere i tilstander som ikke har tilsvarende i bulk. Noen overflatetilstander er spinn-polariserte og kan være relativt robuste mot lokale forstyrrelser, spesielt i materialer med spesielle topologiske egenskaper.

Målemetoder for å kartlegge overflatetilstander inkluderer fotoelektronspektroskopi (ARPES), skannende tunneling-mikroskopi (STM/STS) og lavenergi-elektrondiffkripsjon (LEED), som gir informasjon om energi, spredning og romlig fordeling av tilstandene. Teoretiske beregninger basert på kvantemekanikk og båndstruktur kan også forutsi tilstandenes karakter.

Betydning og anvendelser varierer med materialet. Overflatetilstander påvirker katalyse og korrosjon ved å definere hvordan overflaten kommuniserer med kjemiske arter, og de kan dominere elektrisk transport i visse nanostrukturer og toppologiske materialer, hvor de utgjør beskyttede overflatebaner.

Historisk har studier av overflatetilstander vært sentrale i utviklingen av moderne overflatefysikk og teknikkene for å undersøke elektronisk struktur, særlig etter innføringen av ARPES og andre spektroskopiske metoder.