Structure fine de l'intensite du faisceau electronique reflechi par le W(110) et l'influence de la chimisorption de l'hydrogene

J. M. BAKIBEAU ET J . D. CAKETTE D6pcrrtet?leilt rle Ph!.siq~re et Cet~tre rle Rec11rrc~l1e.s sur. les Atoti~es et les Mo1L:c~rles (C. R.A.M.).

Utriversit6 Ltn%ol, Q~i611ec (QlrL:.). Cntrrrtlrr GIK 7P4

R e p le 30 ddcembrc 198 81

Des mesures h haute rdsolution en dncrgie ct en angle de I'intensite du fuisceau electronique rdflechi par Ie W ( I 10) dans I'azimut [lo] sont prksentdes. Pour des angles d_e rdflcxion Clcves (0, 2 65"). les profils d'intcnsitd prdsentent d'dtroites fluctuations relikes B I'dmergence du faisceau (20). Cctte structure fine dc LEED rdsulte dc I'interfirence cntre I'onde dircctement rCtldchie par le cristal et une onde temporaircmcnt pidgCe cntre Ic substrat et sa barrierc dc potentiel de surface. Le profil de ces singularitds cst Ctudid cn ddtail pour une cible propre ct pour une cible soumise ii diverses expositions d'hydrogene. Dans ce dernier cas. une modification progressivc du profil ave Ic degri. dc couverturc d'hydrogkne cst observte. Ce phdnomenc est attribue B un changemcnt des caracttristiques de diffusion du substrat plutdt qu 'B une transformation de sa barriere de surface. L'acccntuation de la structure finc de LEED avcc I'exposition d'hydrogene pourrait Ctre I'indice de la chimisorption ordonnee dc cc gaz cn un site interstiticl sur le W ( I 10).

Measurements with high resolution in energy and angle of the intensity of the electron beam retlectcd from W ( l 10) in the [lo] azimuth are presented. Forhigh values of the reflected angles (Oi r 65") intensity profiles present narrow fluctuations related to the emergence of the (20) diffracted beam. This LEED fine structure is causcd by the interference of the wave directly reflected from the crystal with a wave temporarily trapped between the substrate and its surface potential barrier. The shape of these singularities is studied in dctail for a clcan target and for the same target submitted to various hydrogen exposures. In the latter case, a gradual modification of thc lineshapc as a function of the hydrogen coveragc is observed. This phenomenon is explained by the modification of the substrate scattering properties rathcr than by a transformation of its surface barricr. The LEED fine structure accentuation induced by hydrogcn adsorption could be the indication of thc ordered chcmisorption of this gas in interstitial sites on W ( I 10).

Can. J . Phys., 60, 1088 (1982)

1. Introduction A basse Cnergie, les courbes d'intensite des faisceaux

electroniques diffract& par une surface mono-cris- talline sont souvent marquees par d3Ctroites tluctua- tions. C e phknomene, connu sous le nom de resonance electronique de surface ( I ) , provient d ' ~ ~ n processus d'interfkrence entre I'onde diffractke directement par le substrat et I'onde diffractke par I'interniediaire d'un faisceau pre-emergent (2). L'intCrEt cle ce phenomene dkcoule du fait qu'il depend de facon critique de la forme de la barriere de surface et egalement h un degre moindre de la retlexibilite du substrat. L'Ctude expCri- mentale des resonances de surface constitue de ce fait une voie privilegiee pour la determination d e la barrikre de surface. Cette derniere joue un rble fondamental dans ['interpretation de nolnbreux phenornenes relies aux surfaces. C'est ainsi par exenlple que I'etude des resonances d e surface sur de nombreux substrats metal- liques a permis de localiser I'origine cle la barriere image (3) et de montrer I'existence d'effets de satura- tion de la force image h proximite des surfaces metalli- ques (4-7). Dans un autre ordre d'idee, une n~eilleure connaissance de la barriere de surface et de la de- pendance sur I'Cnergie du potentiel interne du substrat est necessaire aux calculs d'intensite en LEED (low-

energy electron diffraction) h basse energie. De tels calculs. ne faisant intervenir qu'un nornbre restreint d'ondes partielles, sont en principe beaucoup plus sim- ples que les calculs h haute Cnergie oil l'influence niine- ure de la barriere de surface peut Ctre negligee.

Le mecanisme physique responsable des resonances electroniques d e surface Ctant connu, I'etude detaillCe de ce phenomene apporte un eclairage nouveau sur la barriere de surface. Ainsi, I'etude du comportement angulaire des resonances sur W(110) a perrnis de vCri- fier dans une large niesure la validite des modeles de barrieres unidirnensionnelles (5). Par ailleurs, I'in- fluence du spin Clectronique sur les resonances a fait I'objet d'Ctudes thkoriques (8) et experinlentales (9) qui montrent que cette polarisation joue un rale de premiere importance dans la diffraction electroniq~~e h tres basse Cnergie.

L'adsorption de gaz a kgalement une influence sur les spectres de resonance comme I'ont dCniontre les tra- vaux de Jennings et de ses collaborateurs (10, 11). Toutefois, aucune etude n'a porte jusqu'i niaintenant sur I'effet de I'adsorption sur la structure fine des reso- nances. Cet aspect reste fondamental car ['allure du profil de resonance est le reflet de la forme de la ba~r ie re de surface. Nous prksentons ici une Ctude par spec-

0008-4204182108 1088-08$01.0010 01982 National Research Council of Canada/Conscil national de rechcrches du Canada

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BARIBEAU E T CARETTE

SUBSTRAT $, ... g

\ \ , , / BARRIERE '+- (9.91 r+-lg.gl

. . . (0.01 b a

FIG. I . Vuc schdmatiquc du mdcanismc dc diffusion rcs- ponsable des rdsonances dlcctroniqucs de sul.face obscrvdcs en LEED. Le faisceau (0.0) est dessind en trait plcin. Ic faisceau prd-dmcrpcnt g en trait haehurc. Dans I'approxi-

- + mation i quatre faisccaux. R, (0.0) et R, + ( f i , ~ ) sont les coefficients de rdtlexion dcs faisceaux (0.0) et ,q sur Ic sub- strat. rt~-(,q,g) cst le coefficient de rdtlexion de p sur la barrikre et R, +(R ,O) . R , - + ( o , ~ ) dcs cocfficicnts de couplage entrc Ics faisceaux (0,O) et 8 .

trometrie Clectronique a haute resolution d'une nouvelle resonance observie sur le W ( 1 10). Nous nous interes- sons en particulier aux transforniations des profils de resonance causees par I'adsorption de I'hydrogene. Nos observations niontrent que les resonances de surfaces sont sensibles aux changements de structure de la sur- face et qu'une etude detaillee de leur profil peut aider 5 rnieux comprendre ['interaction des gaz avec les sur- faces.

2. Origine des resonances electroniques de surface en LEED

Les figures 1 et 2 illustrent de f a p n scliematique le mCcanisnie de diffusion responsable des structures fines observees en LEED. Nous nous interessons ici s ~ e c i - fiquement au faisceau speculaire (0,O) bien que le rnkcanisme decrit s'applique i tous les faisceaux Cmergents. Outre le processus de retlexion direct sur le substrat (a) , des processus indirects de type (b). (c) . . . peuvent egalement contribuer au faisceau (0,O). Dans le processus indirect. I'onde incidente est d'abord diffrac- tee par le substrat en Lln faisceau g . Ce processus elas- tique s'acconipagne d'un changelnent g du vecteur d'onde parallele a la surface et cause du mime coup une diminution du vecteur d'onde perpendiculaire telle que le faisceau g ne peut franchir I; barriere de potentiel~de surface. Les electrons de ce faisceau prC-emergent sont alors reflechis vers le substrat et redistribues au sein des autres faiscea~ix eniergents (et en particulier du faisceau (0,O)). Les deux processus &ant coherents. I'intensite du faisceau speculaire sera niodulee par I'interference des contributions directes et indirectes.

Dans le cadre de la theorie dynamique du LEED ( 12). la barrikre de surface joue le r61e d'une couche de diffi~sion supplCmentaire et la matrice de reflexion globale s'kcrit ( 1):

FIG. 2. Construction d'Ewald pour une maille rcctan- gulaire et une orientation (0 , . (b) dcs faisccaux incidents I ( i ) ct spdculaire 1(0,0). Ccs dernicrs ddfinissent le plan d'in- cidence ?P, perpcndiculairc au r d s c ; ~ ~ ~ rdciproque ?!, , lui-meme parallele au rdseau reel du substrat. La;itgtion illgtrdc cor- respond ii I'dmcrgcnce des faisceaux ( 1.2) ct (0.3).

Les signes + ou - indiquent une oncle s'approchant ou s'eloignant du substrat. les matrices I . et t clecrivent la rCflexion et la transmission de I'onde h la barriere et R, ' est la matrice de reflexion du cristal sans barriere. Bien qu'un traitement rigoure~ix du probleme de dif- fusion exige d'inclure dans I'equation matricielle [I] un nonibre Cleve de faisceaux diffracds. on obtient une valeur approchee de I'amplitude du faisceau speculaire en ne considerant dans le calcul que ce dernier ainsi que le faisceau prC-tniergcnt g. Si de plus on fixe I et 0 I'amplitude de transmission et de rCflexion du faisceau speculaire et que I'on neglige les variations ladrales de la barriere de surface, on obtient pour R-+(O,O) I'expression:

R,.' ( g . g )

1 - (s.g) R, ' ( g , ~ )

Cette approxiniation a quatre faisceaux ( 1 ) tire sa justification du fait qu':~ basse Cnergie les diffi~sions

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MASSE (U.M.A.)

H2; P = 1 .3~ H ~ - ~ P O

Emission : 110 u A

MASSE ( U . M . A . )

FIG. 3. Spectre de masse du gaz rdsiduel en rdgimc d'opd- FIG. 4. Spectre de masse du gaz residue1 durant I'lntro- rat~on. duction d'hydrogkne B 1.3 X 10 " Pa.

inClastiques sont peu importantes et qu'un nornbre tres limite de faisceaux diffract& emergent dans le vide. L'examen de I'expression [2] permet de degager deux regimes de resonance. Lorsque I r - ' - ( g . g ) R,' (g ,g) 1 s'approche de I'unitC et que la phase associee est Cgale B 2 n r , le denominateur de [2] devient petit et de fortes oscillations de R-'(0,O) en resultent. Cette situation correspond au regime de resonance ou la formation d'etats de surface resonants peuplks par I'intermkdiaire du faisceau g explique la variation de I'intensite rCflC- chie. Dans le cas ou I ft- (g,g) R-+(g.g) I est negli- geable, les fluctuations du faisceau (0,O) sont provo- quCes par I'interference entre le processus de reflexion directe, et celui n'impliquant qu'une seule reflexion r- ' -(g,g) du faisceau g de la barriere (processus (a) et (b) de la figure 1). Dans cette situation, I'utilisation du terme "rCsonance de surface" devient discutable et I'on preferera parler alors de structure fine de LEED. I1 est a noter que les analyses recentes montrent que dans la plupart des cas observes, le regime d'interference prC- domine sur le regime de resonance (4-6, 9, 13). Dans les deux regimes, les fluctuations d'intensitk du fais- ceau (0,O) proviennent de la variation rapide de la phase r -+(g ,g) lorsque l'energie incidente s'approche du seuil du faisceau g. Par consequent. le profil d'intensite presentera une skrie d'oscillations de plus en plus et- roites convergeant vers le seuil d'enlergence. La figure 2 illustre la construction d'Ewald pour la diffraction electronique par un reseau bidimensionnel. L'inter- section d'une tige de I'espace reciproque avec la sphere d'Ewald determine la direction d'un faisceau diffractk. Les conditions d'incidence illustrees cQiin_cident Zvec I'emergence dans le vide des faisceaux (1,2) et (0,2) et

sont donc propices i I'apparition de resonances de sur- face comme celles representees par des oscillations h la figure 2.

3. Montage experimental Essentiellernent, le montage experimental est identi-

que a celui utilise pour une etude anterieure sur le m&me substrat (7). Pour cette sCrie de mesures, le spec- trometre Clectrostatique cylindrique 127" est regle de fafon i possCder une rCsolution j. dernie intensite de 12- 15 rneV pour une energie d'irnpact d'environ 15 eV. L'Cnergie de passage dans I'analyseur est alors d'environ 0.250 eV et le signal impulsif de I'ordre de 5 x lo4 coups s-' pour le faisceau speculaire.

L'introduction de gaz s'effectue au moyen d'une fuite variable et la composition du gaz residue1 est me- surCe a I'aide d'un spectrometre de masse quadru- polaire. Les figures 3 et 4 illustrent les spectres du gaz residuel mesures en regime d'operation et lors de I'in- troduction d'hydrogene. Une infime fuite reelle limite le systeme a une pression de base de 3-6 X lo-' Pa et explique la concentration anormalernent elevee de certains gaz rares et surtout de I'azote (figure 3). La presence de ce dernier contaminant est cependant de peu d'importance puisque I'azote s'adsorbe peu ou pas sur le W ( I 10) a la temperature de la piece ( 14). Lors de I'introduction d'hydrogene, aucun contaminant reactif ne represente plus de un pourcent du gaz residuel (figure 4).

Toutes les mesures presentees sont effectuees h la temperature de la piece. Toutefois, la chaleur dCgagCe par le canon j. electrons du spectrometre amene la ten)- perature de I'Cchantillon a environ 320 K. Le cristal de

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FIG. 5. Structurc fine dc LEED obscrvCc dnns ic faisccau spCculairc sur le W ( I 10) dans I'azimut [lo] ct pour dcux angles d'incidence. On donne Cgalc~ncnt en trait plein lcs profils calculCs au moyen dc [2]. La valcur du paraniittrc R utilisC pour I'ajustcment est indiquCe pour chaque courbe. Une convolution dcs courbcs calculCes est effectuCe pour rendre compte de I'Clargisscrncnt instrunlentai. L'oripine dc I'Cchellc d5Cncrgie est choisie de faqon B ce que 1'Cnerpic d'Cmergencc du faisccau (20) (indiqut par une flitche) corres- ponde 6 sa valcur thCoriquc pour chaquc angle d'incidcnce.

tungstkne est prepare selon les techniques habituelles. L'kchantillon est nettoye par chauffage h 2400 K au moyen d'un canon a electrons. Aucun nettoyage par exposition B I'oxygene n'est e f fec t~~e lors de ces me- sures.

4. Observations experimentales et discussion

4.1 Struct~rre ,firze s ~ r r la ciDlc propre La mesure de I'intensite du faisceau speculaire sur le

W( 110) est rCalisCe pour divers angles d'incidence dans I'azimut [lo] dCfini par la direction du petit axe de la maille reelle conventionnelle du W(I 10). Une structyre fine de LEED associee a l'emergence du faisceau (20) (OU vecteur ( -4n/a , 8) de la maille reciproque) est observke. La figure 5 reproduit deux spectres carac- teristiques mesures 2 des angles d'incidence 8, = 66" (a) et 85" (b). Les spectres se caractkrisent pal- la presence d'oscillations de type Rydberg qui sont la consequence de la force image agissant sur les electrons proximite

d'un plan metallique (15). Les franges de Rydberg d'ordre supCrieur sont bien definies pour les angles d'incidence eleves mais s'attenuent progressivement pour devenir difficilement observables sous 8, = 65". On donne egalement a la figure 5 des profils calculCs dans le cadre de I'approximation quatre faisceaux [2]. Ils sont obtenus en prenant R comme iln parametre ajustable et ~ . ' - ( ~ , g ) comme le coefficient de rCflexion d'une barriere image classique (5). De pl~ls pour les calculs on suppose que R,' -(O.O) est independant de I'Cnergie et que R , ' ( g , ~ ) = 0. L'excellent accord entre les courbes calculee et rnesurke ii O i = 85" indique que les structures fines observees appartiennent au regime d'interference et ne sont pas des resonances proprement dites. L'effet de saturation du potentiel image. cara- ctCrisC par un rapprochement vers le seuil du premier maximum du profil. observe dans des mesures sem- blables dans I'azimut [ O l ] (5, 7), n'est pas observe ici. En accord avec des mesures preckdentes (S), cet effet semble peu important pour des angles d'incidence Oi ClevCs. A la lumikre de mesures anterieures realisees avec le m?me appareillage (7). la perte de netteti des franges de Rydberg superieures avec la diminution de I'angle d'incidence peut difficilement Ctre d'origine in- strumentale. Une forte dependance angulaire des pro- cessus inelastiques ou encore des variations importantes de R r ' (0.0) avec I'energie sont des explications possi- b l e ~ de ce phenomkne.

La mesure de la structure fine plusieurs angles d'incidence permet d'obtenir la loi de dispersion des franges de Rydberg. La figure 6 illustre les rksultats d'une telle mesure. Les maxima et minima des profils obeissent a une loi de dispersion d'Clectrons libres en deux dimensions de la forme:

ou e , suit une loi de type Rydberg de la forme:

[5] c,, = - 1 3.6/(16cr2) eV

ou cr varie d'une unite entre deux minima ou maxima successifs (15). Ce resultat rnontre qu'en premiere ap- proxinlation, I'hamiltonien s'appliquant au mouvement d'un electron du faisceau prC-emergent est celui d'une particule libre dans toute direction parallele a la surface hais lie ii cette dernikre par un potentiel de type image. Cette description devient inadequate a proximite du substrat comme en tCmoigne I'ecart entre les nlesures de dispersion du premier maximum et la loi [4]. Un con~~or tement selnblable est observe egalement pour d'autres structures fines sur le W(II0) (7) et le W(001) (16).

4.2 Structure ,firlc avec ~11sorl)tiotl d ' lz~~drog?t i~ L'influence de la chimisorption de I'hydrogene sur la

structure fine de LEED est egalement examinee. Pour

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0.93 0.95 0.97 0.99

k,, x a 277

FIG. 6. Loi dc dispersion dcs maxima (.) ct dcs minima (:%)

dc la structure fine dc LEED pour 65" 8, 5 85". Lcs rncillcurs ajustcrncnts dcs donndcs cxpdrimcntalcs obtcnus i I'aidc dc [4] sont tracdcs cn trait plcin ct Ics valeurs dc ct correspondantes sont indiqudcs. Ici. (1 rcprdscntc Ic pas tlu rdscau du rnonocristal dc tungstcnc ( t i = 3.16 A ) .

ce type de mesure. la valeur de I'exposition d'hydro- gene L (exprimee en Langmuir), s'obtient par le simple produit p'': - temps. oil /Y3 est la pression dans I'enceinte corrigee pour la sensibilite de la jauge i ionisation. Le taux de couverture 8 est deduit de la courbe 8 vs. L publite par Barford et Rye (17). Le resultat de ces auteurs. ou ilne cinetique d'adsorption de la forme ( I - 8)' est obtenue, est prkfere a celui de Tamm et Schmidt ( I 8 ) ou une loi de la forme ( I - 0) est retenue. Ce choix s'appuie sur nos lnesures de dksorption ther- rnique dont les rtsultats se rapprochent de ceux de Barford et Rye. Les mesures de desorption resultent de I'integration de I'amplitude du pic de I'hydrogene du spectre de masse durant le chauffage de I'echantillon aprks diverses expositions. Une comparaison des divers rksultats est fournie B la figure 7. Nos mesures de de- sorption Ctant entachees d'une importante incertitude experimentale, on admettra par la suite que la loi de Barford et Rye est verifiee. Cette hypothese est d'ail- leurs renforcee par les risultats de mesures de la varia- tion du travail de sortie A + en fonction de I'exposition. illustres a la figure 8. On constate en effet que la courbe A $ vs. 8 de Barford et Rye est reproduite de falon satisfaisante par nos rnesures lorsque la loi d'adsorption de ces auteurs est utilisee. Les mesures de A + presentees sont obtenues en not@ le deplacement du seuil d'emergence du faisceau (20) avec I'exposition

d'hydrogkne. Cette technique d'une precision de *5 meV est d'une grande simplicite et pourrait avanta- geusement s'appliquer 5 d'autres surfaces sur lesqi~elles des structures de fines de LEED sont observees. La variation maximum du travail de sortie a saturation (exposition de 85 Langmuir) est de -440 meV en par- fait accord avec de recents resultats (19).

La figure 9 montre une serie de spectres de la struc- ture fine mesurts i 8, = 80" pour diverses expositions d'hydrogkne. Outre le deplacement global des spectres cause par le changement de travail de sortie A + , on remarque que la nettete des franges de Rydberg s'ac- centue progressivement avec I'exposition et qile celles- ci se deplacent relativement au seuil d'emergence. Ce phenomene peut provenir de la modification graduelle de la barriere de surface 011 d'un changement progressif de la reflexibilit6 du substrat. Afin d'eclaircir cette question, des profils theoriques calcules au moyen de [2] sont egalement prksentes a la figure 9. Un excellent accord est obtenu 3. toutes les expositions en i~tilisant une barriere image classique. L'evolution du profil s'explique alors par un changement du parametre de couplage R . Bien qu'un calcul detaille base sur [ I ] meriterait d'Ctre effectue. ce resultat base sur le trai- tement approximatif suggere qu'un changement des caracteristiques de diffusion du substrat plus qu'une modification de sa barriere de surface est h I'origine du comportement observe. Un deplacement similaire des franges de Rydberg avec I'exposition est note tous les angles d'incidence suptrieurs B 8, = 65". Pres du niveau de saturation, ilne loi de dispersion du type [4] decrit adequatement le comportement angulaire des franges comme I'illustre la figure 10.

A ce point, i l est intkressant de rechercher une expli- cation physique aux modifications qu'entraine sur les franges de Rydberg la chimisorption de I'hydrogene. Des accentilations des structures fines de LEED sur diverses faces du cuivre causees par la chimisorption de I'oxygene ont Cte rapportkes par Jennings et ses colla- borateurs (10, 1 1 ). Le manque de resolution dans leurs experiences empCche toutefois ilne etude detaillee des changements des profils qui en resultent. Ces auteurs attribuent ce phenomkne B I'adsorption ordonnee de I'oxygene dans un site interstitiel tlu substrat. Dans une telle situation, I'adsorbat reduirait les inhomogeneitCs laterales de la barriere de surface ce qui favoriserait les processus de type indirect illustrks 3. la figure I. En contrepartie, une adsorption desordonnee causerait une augmentation des reflexions diffuses ce qili reduirait du m&me coup I'intensite des franges de Rydberg. Ceci expliquerait aussi I'attenuation progressive de la struc- ture fine apres I'exposition prolongke en gaz residuel observke dans les azimuts [Oil et [lo]. I1 est interessant d'examiner dans qilelle mesure cette interpretation est applicable au systeme hydrogene - W ( 1 10). Aucune

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1.0 -

a : 8 = 0 . 3 4 L / (1 + 0 . 3 4 L )

b : 8 = 1 - exp (-L/13.9)

: prBsent travail

FIG. 7. DegrC dc couvcrturc cn fonction dc I'cxposition pour la chimisorption de I'hydrogknc sur lc W(l 10). Les donnees cxperimcntales (@) sont comparCcs aux lois dc chimisorption proposCcs par Barford ct Ryc (17) (a) et par Tamm ct Schmidt (18) (b).

EXPOSITION (LANGMUIR) CI I I I I I I I

MESURES DE B 8 R

* * * PRESENT TRAVAIL a 0 BASE SUR B 8 R

t- x x x P R ~ S E N T TRAVAIL

n BASE SUR T 8 S

W 0

F I G . 8. Changcmcnt du travail dc sortie cn fonction du degre dc couvcrturc pour la chimisorption dc I'hydrogenc sur lc W(I 10) lorsquc la loi dc Barford ct Ryc (B&R: :':) ou dc Tamm ct Schmidt (T&S: x ) cst adoptkc. La courbc en trait plcin rcproduit la mcsurc originalc dc B&R. L'Cchcllc hori- zon ta l~ supCricure donne la corrcspondancc cntrc I'cxposition ct ic dcgrC dc couvcrturc lorsque la loi de B&R cst appliqukc.

ENERGIE INCIDENTE (eV) FIG. 9. Evolution dcs courbes de LEED ii 0, = 80" en

fonction dc I'cxposition d'hydrogenc. Lcs courbcs cn trait plcin sont calculees ii I'aidc de [2] avcc la valcur du paramctrc R indiquke.

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1094 CAN. J . PHYS. VOL. 60. 1082

-1.2k- I I I I 0 0.5 1 .O

DEGRE DE COUVERTURE 8

FIG. I I . Ddplaccmcnt tlcs maxima (0) ct dcs minima ( X ) k,, x 3-

277 tks profils par rapport au scuil d'd~ncrgcncc du faisccau (20) cn fonction tlu dcgrd dc couvcrturc. LC trait pointilld

FIG. 10. Loi dc dispersion tlcs maxima (0) ct dcs minima rcprdscntc Ic prolongc~ncnt dc la cousbc pour la bandc dc (:!:I dc la str~~cturc finc dc LEED aprcs unc exposition dc 40 L couvcrturc 0 5 H 5 0.5. 11 scrt i illustl-cs I'acccntuation du tl'hydrogcnc. Lcs ajustcmcnts dcs ilonndcs h I'aidc dc [4] sont ddplaccmcnt du prcmicr maximum au dcli dc H = 0.5. Ces tracks cn traits plcins. mcsurcs sont cffcctudes h un angle d'incidcncc 0, = 80".

structurc suppldmentaire n'est observCe en LEED lors cle I'adsorption cle I'hydrogene sur W(l 10) 11 300 K (20). Toutefois, une Ctude de RHEED' rkvele I'cxis- tence ci'unc structure du type /I ( I X 2) pour le mCme systkme (21). 11 est probable que la faible section effi- cace de I'adsorbat vis-i-vis celle clu substrat reduise I'intensitk dcs faisceaux diffractes d'orclre fractionnaire associes h une superstructure ordonnde.

D'autre part, les donnees les plus clirectes au sujet de la localisation des atomes d'hydrogene sur W( 1 10) sont fournies par les mesures de spectroscopic vibrationnelle de Backx e t a / . (22). D'aborel attribues k une adsorption a11 sommet ctes atolnes de tungstene, ccs rdsultats sont maintenant inter~rktes cornme I'indice d'une chimi- sorption en cles sites plus rapprochks de substrat. entre deux atolnes plus proches voisins (23) ou au centre de trois atomes (24). Par ailleurs, le fait que la bnrriere de surface du W ( l l 0 ) scmble peu afl'ectee par I'adsorption d'hydrogine laisse supposer que I'adsorbat se localise B I'intCrieur du plan image cle la surface ce qui vient appuyer I'hypothese d'une chimisorption interstitielle. Les donnCes experimentales actuelles n'excluent donc

'Diffraction dcs dlectrons rapitlcs (rctlcction high cncrgy clectron diffraction).

pas une chimisorption ordonnCe cle I'hydrog&ne en un site interstitiel sur le W(l 10) et si tel est le cas. nos observations viendraient Ctayer 13interpr@tation fournie par Jennings.

La prdscnce de deux pies dans les spectres de dCsorp- tion thermique d e I'hydrogene sur W(I10) est gene- ralernent expliquee par I'existence cle deux Ctats ad- sorbCs distincts (19). L,e rnCcanisme de chimisorption est cependant ma1 compris. En effet, des rCsultats ob- tenus par mcsures d e photobmission (19, 25), et d e dksorption stirnulee (ESD) (26) suggerent une ad- sorption sequentielle alors que les mesures d e spec- troscopie vibrationnelle (22) appuient I'hypothkse d e I'adsorption simultanke. A ce propos, nos mesures se prCtent ii une analyse qui pourrait dclaircir cette ques- tion. I 1 serait par exemple interessant d e vCrifier par des calculs du type LEED dynamique si I'un ou I'autre des modeles suggCrCs peut rendre compte de la modifi- cation progressive de la structure fine d e LEED avec la chimisorption de I'hyclrogkne sur W(I 10). A cette fin, la figure I I prksente la position des maxima et minima des profils en fonction du degre de couverture 8. Le fait que le deplacement des franges s'accentue B partir de 0 = 0 .5 pourrait par exemple Ctre I'indice d'une ad- sorption ~Cquentielle.

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5. Conclusion

BARIBE/\U ET CARETTE 1095

Nous avons montre I'existence d'une nouvelle struc- ture fine de LEED sur W ( l 10). Une analyse t l ieoriq~~e basee sur I'approximation a quatre faisceaux rev& que cette singularite a pour origine le phenoniene d'in- terfkrence entre le faisceau rCflCchi par Ic substrat et le faisceau reflechi apres une simple reflexion sur la bar- riere de surface. Nous avons etudiC I'influence de la chimisorption de I'hydrogene sur la structure fine de LEED. La prCsence de ce gaz A la surface du W ( I 10) affccte sensiblenient les caracdristiqucs de cliffusion du substrat niais n'entraine pas de changement niajeur clans la forme de la barriere de surface. Nos observations peuvent &tre interpretees cornme I'indication d'une atl- sorption ortlonnke en un site interstitiel et apportent de nouvelles donnCes expCrinientalcs susceptibles tl'eclair- cir les rnkcanisrnes de chirnisorption de I'hydro,' uene sur W(I 10). L'etude a haute rCsolution de la structure fine de LEED sur les surfaces contaminees, encore trop peu exploitke, nous apparait comnie une technique experi- nientale cornpl6nientaire B celles act~~el lenient utiliskes et susceptible dlCclaircir de nonibreux problernes relies aux interactions gaz-solides.

Nous desirons exprinier nos renierciements au Docteur P. J. Jennings pour la conini~~nication de donnCes non publides. La collaboration de K. Bisson, P. Boulanger et de R. Paquin lors de I'installation d'une nouvelle chaine d'acquisition des donnCcs fut tres ap- prCciee. Nous reniercions le Docteur J. P. Hobson du Conseil national de recherches du Canada pour le prEt et la preparation du rnonocristal etudid ici. Ce travail a ete rendu possible grlce au soutien financier du Conscil de recherches en sciences naturelles et en genie du Canada et du Ministere de I'Education ~ L I Quebec.

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