Файл: Гегузин, Я. Е. Очерки о диффузии в кристаллах.pdf

Поток атомов из-под кайли может происходить либо

с помощью механизма объемной диффузии, либо с по­

мощью механизма диффузии вдоль границы капля — кри­ сталл. В обоих случаях вещество из-под капли выносится на поверхность кристалла вблизи капли.

Относительная роль двух возможных механизмов уно­

са вещества из-под капли зависит от ее размера. Поток объемной диффузии (70) пропорционален произведению коэффициента объемной диффузии на диффузионный

лен произведению коэффициента граничной диффузии на

соответствующий диффузионный фронт. Так как его пло­

под маленькой каплей все же образуется.

Чтобы рассказ о кристалле, уступающем капле, не

повис в воздухе, расскажу об опыте, в котором чешские физики изучали внедрение капли расплавленного свин­

ца в кристалл железа. В выборе объекта исследования

существенно то, что жидкий свинец и железо взаимно нерастворимы. На поверхности тщательно отполирован­ ного железа хаотически разбрасывались мелкие онилки свинца. Нагрев до температуры более высокой, чем тем­ пература плавления свинца, превращал опилки в капель­

в железо, что в плоскости, перпендикулярной к поверх­

ности кристалла железа, можно было с помощью микро­ скопа отчетливо увидеть искривленность границы сви­ нец — железо.

Все рассказанное о капле на кристалле относится и к

кристаллическому островку на кристалле. Островок — твер­

дая капля — будет требовать от кристалла уступок по тому же праву, что и жидкая капля, создавая под собой углубле­

ние.

216

риментально найденная зависимость х от t может быть использована для вычисления коэффициента диффузии Ds атомов вещества крупинок по поверхности подложки.

Кстати, зависимость х от Da означает, что ширины свобод­

ных зон на различных берегах границы должны быть раз­

личными в связи с тем, что граничащие зерна на поверх­ ность выходят разными плоскостями, на которых значения Ds не должны быть одинаковыми. Эксперимент подтверж­

дает это предсказание теории.

Рассказ о роли границ в судьбе островковой пленки я

закончу, обратив внимание на то, что процесс формирова­

ния пограничных зон, свободных от крупинок— двумер­

ный аналог процесса формирования беспористой просвет­

ленной корки вблизи поверхности кристалла, молочно­

мутного от изобилия мелких пор, рассеивающих свет. Теперь о роли соседства с зернами иной ориентации.

Такое соседство может решительно изменить судьбу кру­

пинок, находящихся вблизи границы. Для того чтобы

понять причину этого, обсудим заведомо идеализирован­ ную ситуацию: на двух соседних зернах две крупинки, име­ ющие одинаковую массу. Если бы они находились на по­ верхности одного зерна, им было бы обеспечено сколь угодно долгое сосуществование «на равных»; но на раз­

личных зернах с каждой из крупинок связана различная величина энергии на границе между нею и зерном. А это означает, что та из крупинок, у которой эта энергия мень­ ше (назовем ее первой), имеет основание «поедать» подоб­ ную ей вторую крупинку на соседнем зерне, так как этот процесс приводит к уменьшению общей поверхностной энергии всей системы за счет уменьшения, а затем и ис­ чезновения той границы крупинка — зерно, которая обла­ дает большой энергией. В случае поликристалла про­ цессом «поедания» друг друга начинает управлять не толь­ ко размер крупинок, но и отличие в энергиях на границе крупинка — зерно. Вблизи второй крупинки концентрация

адатомов оказывается более высокой, чем вблизи первой,

иэто определяет их направленный поток от второй к первой.

Вреальных условиях, когда действуют оба описанных

процесса, поток адатомов к границе и поток адатомов от

зерна к зерну в связи с отличием энергий между крупин­

ками и поверхностью зерен, могут осуществляться раз­ личные поверхностные структуры: зоны, свободные от крупинок и с двух сторон, и с одной стороны от границы; сложные распределения по размерам тех крупинок, кото-

220

Объяснение описанного эффекта со временем, видимо,

будет совершенствоваться, а факт, иллюстрируемый фо­ тографиями (см. рис. 83, 84), не оставляет сомнений.

Физики и инженеры, занимающиеся островковыми плен­

ками, должны помнить о его существовании.

Крупинки, бегающие по поверхности

Профессор Керн, работающий в Марселе, в известном университете, в 1968 г. в журнале Французской академии

наук совместно со своими сотрудниками опубликовал

статью, которая привлекла к себе внимание многих фи­

зиков. Отношение к статье было различным: одни востор­

гались, другие удивлялись, многие считали, что профес­

сор Керн принимает желаемое за действительное. Были и такие, которые утверждали нечто очень напоминающее классическую формулу чеховского «ученого соседа», ко­ торый, как известно, считал, что «этого не может быть потому, что этого не может быть никогда».

Профессор Керн рассказывал о следующих опытах.

На очень чистую поверхность каменной соли напылени­

ем наносились крупинки золота. Их радиус был прибли­

собственной инициативе, бегать по поверхности кристал­

шись» к поверхности кристалла, оставались неподвиж­ ными. Из описания профессора Керна следовало, что

крупинки золота обладали ограниченным «запасом бодро­ сти». Ее, однако, хватало на то, чтобы успеть пройти путь, намного больший, чем размер крупинки. Чтобы измерить этот путь и оценить скорость крупинок, Керн

на поверхности кристалла искусственно создавал грани­

цу между областью, где расположены крупинки, и обла­

стью, свободной от них. Это давало возможность, после

того как крупинки успокоятся, измерить расстояние, на

которое они продвинулись по поверхности кристалла, где

ранее крупинок не было. Керн полагал, что крупинки

принимают участие в хаотической броуновской мигра­ ции и, следовательно, их судьба описывается формулой.

224