Средние значения числа атомов, заряда и энергии кластеров при ионном распылении металла

Актуальность и цели. Теоретическое описание ионного распыления металла в виде многоатомных систем (кластеров) различного электрического заряда до недавнего времени представляло объект теоретических дискуссий. Известная каскадная теория распыления Зигмунда в состоянии объяснить распыление лишь в виде одиночных атомов, иные теоретические подходы, к сожалению, не объясняли большинство результатов ионного распыления в виде кластеров, а численные расчеты методами молекулярной динамики являлись сложными ввиду многочастичного характера явления. Целью данной работы является дальнейшее развитие теории упругого ионного распыления поверхности твердого тела в виде многоатомных частиц и, в частности, расчет средних значений их основных характеристик: числа атомов, заряда и энергии. Материалы и методы. Модельное представление при описании рассматриваемого явления основано на простых принципах квантовой механики и статистической физики, при расчете средних значений основных характеристик многоатомных продуктов распыления был использован статистический подход на основе полученных вероятностей распыления и энергетического распределения распыленных кластеров. Результаты. Получены выражения для численного расчета средних значений числа атомов и заряда кластеров в зависимости от температуры поверхности металла, получено точное аналитическое выражение для среднего значения энергии распыленных кластеров. В качестве примера рассчитаны средние значения числа атомов, заряда и энергии для распыленных кластеров ниобия, тантала, серебра и железа, проведено сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными. Выводы. Согласие результатов с экспериментом еще раз подтвердило правильность предложенного нами теоретического подхода к описанию эмиссии многоатомных частиц в процессе ионного распыления металла. Помимо фундаментальной и теоретической значимости, полученные результаты могут быть использованы для сравнения с новыми экспериментальными данными.