Pinnadiffuusio

Pinnadiffuusio on prosessi, jossa atomit tai molekyylit liikkuvat kiinteän pinnan pinnalla. Tämä diffuusion muoto tapahtuu adsorption-tilojen välillä eikä kappaleen sisätilavuuden kautta, ja siihen vaikuttavat sekä pinta-reaktiot että adsorboituneen aineen vuorovaikutukset.

Mekanismi ja kuvaus. Pinnadiffuusio etenee usein pienin askelin alueen adsorption-kohdista toiseen, jolloin atomi tai molekyyli tekee hinnan ylittävän siirron, kuten hopsin siirtyminen viereiselle paikalle. Joissakin tapauksissa tapahtuu myös substraatin atomien vaihto. Diffuusion nopeutta kuvaa pinta-diffuusionopeus D_s, joka noudattaa usein Arrheniusta: D_s = D0 exp(-Ea/kT). Diffuusio voi olla isotrooppista tai anisotropista, riippuen pinnan kiteittymisen suunnasta ja atomien sitoutumisvahvuuksista. Esimerkiksi jäännösten, porojen tai askelten läheisyydessä diffuusio voi nopeutua step-edgeillä tai olla suuntautunutta.

Faktorit ja vaikutukset. Pinnan rakenteella, oletetulla kattavuudella ja defektien laadulla sekä lämpötilalla on suuri merkitys. Pintarakenne, kuten kidejäännökset ja vikad, voivat muuttaa energiaprofiilia ja siten diffuusion reittejä. Adsorboituneiden molekyylien väliset vuorovaikutukset voivat estää tai helpottaa liikettä. Diffuusion suuruusvaihtelee myös sen mukaan, missä vaiheessa kasvu- tai reaktiojärjestelmä on.

Tutkimus ja sovellukset. Pinnadiffuusiota tutkitaan STM- ja LEEM-tutkimuksilla sekä heilahdus- ja has-mäntäjämenetelmillä, ja sen tuloksia mallinnetaan esimerkiksi lattice-gas-tiloilla tai kinettisilla Monte Carlo -konteksteilla. Sidosprosessit, kuten katalyyttisissä reaktioissa tai ohutkalvon kasvussa, voivat olla diffuusionopeuden hallinnan piirissä, joten pinnadiffuusio on keskeinen tekijä materiaali- ja katalyyppitekniikassa sekä korroosion hallinnassa.