62ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

ESTUDO DA ESTRUTURA ATÔMICA DE SUPERFÍCIE DE FILMES ULTRAFINOS DE Au/Pd(111) VIA DIFRAÇÃO DE FOTOELÉTRONS (XPD).

Luis Henrique de Lima 1 Alexandre Pancotti 1 Abner de Siervo 1 Richard Landers 1

1. Departamento de Física Aplicada, Instituto de Física "Gleb Wataghin", UNICAMP

INTRODUÇÃO:

Neste trabalho, estudou-se a estrutura atômica de filmes de Ouro crescidos sobre um cristal de Paládio cortado na direção cristalográfica (111), sendo a motivação principal para este estudo, a aplicação deste sistema em catalisadores modelo. Catalisadores são de extrema importância em uma série de reações químicas e conhecer a estrutura eletrônica e arranjo geométrico dos átomos presentes na superfície pode ser a chave para se compreender melhor as propriedades físico-químicas de um material. Um exemplo interessante de catalisador modelo são as ligas de superfície de Pd-Au, com várias aplicações em controle de poluição e também em células de hidrogênio. Neste contexto, é interessante poder investigar quais mudanças ocorreriam na estrutura eletrônica de uma liga bidimensional de Au-Pd sobre Pd(111) ou mesmo filmes ultrafinos e submonocamadas de Au em Pd(111) e suas consequências na atividade química desta superfície. Certamente, o primeiro passo na direção de responder tais questões é uma melhor compreensão das propriedades eletrônicas e estruturais desta superfície. Neste trabalho é proposto compreender o arranjo atômico da superfície de filmes ultrafinos de Au crescidos sobre Pd(111), utilizando como ferramenta, a técnica de difração de fotoelétrons.

METODOLOGIA:

A técnica de difração de fotoelétrons (XPD, X-ray photoelectron diffraction) consiste em incidir na superfície de uma amostra, fótons de raio-X com energia e polarização específica e coletar como resposta fotoelétrons provenientes de níveis eletrônicos específicos. Quando o fóton incidente interage com os átomos do material, ocorre o fenômeno de fotoemissão. O elétron emitido por fotoemissão de um determinado nível eletrônico próximo a superfície, pode se propagar diretamente até o detector ou através de espalhamentos simples ou múltiplos nos átomos vizinhos ao emissor. Neste processo de diferentes caminhos percorridos pelos elétrons, ocorre o processo quântico de interferência (difração). O padrão de difração gerado, contém portanto, informações relativas as posições dos átomos vizinhos ao emissor. Obtido um padrão de difração experimental, não existe teoria ainda bem estabelecida capaz de reverter o processo e a partir do padrão obter a estrutura. O que se faz é propor um modelo que possa descrever a estrutura atômica do material, e utilizando cálculos computacionais baseado em teoria quântica de espalhamento, simular um padrão de difração teórico comparando-o com o experimental.

RESULTADOS:

Na análise computacional utilizou-se um ''cluster'' parabolóide de 186 átomos. Num primeiro modelo, imagina-se que os átomos de Au depositados sobre o cristal de Pd ''crescem'' seguindo a estrutura do volume (fcc), e também com parâmetro de rede igual ao do elemento do volume. Simulamos estes modelos, variando a quantidade de camadas de Au depositadas sobre o substrato, desde nenhuma camada até 6 camadas de Au. O melhor resultado obtido foi para 4 camadas, seguindo a estrutura fcc do volume. Baseado neste resultado, variou-se parâmetros do sistema para buscar uma melhor concordância entre experimento e simulação. O primeiro parâmetro analisado foi o parâmetro de rede do filme de Au. Fixando-se as simulações em 4 camadas de Au obteve-se que o parâmetro de rede que melhor ajusta os dados experimentais é 0,408 nm, que é justamente o parâmetro de rede de volume para o cristal de Au, de estrutura cristalográfica fcc. O próximo passo no processo de simulação foi introduzir um processo de busca baseado em algorítmo genético. Com o modelo de 4 camadas de Au sobre o cristal de Pd, realizou-se a relaxação (variação) das distâncias entre os 5 primeiros planos atômicos. Observou-se que algumas distâncias interplanares contrariam e outras se expandiram, de maneira intercalada.

CONCLUSÃO:

No caso de muitos materiais, a sua natureza periódica permitiu o desenvolvimento de uma série de modelos teóricos e técnicas experimentais que possibilitam a compreensão de suas propriedades de volume, no entanto, o mesmo não pode ser dito sobre a superfície. Na superfície, as estruturas são mais complexas, diferentes daquelas do interior dos materiais. Apesar das dificuldades em se estudar a superfície, uma série de modelos teóricos e técnicas experimentais vêm sendo desenvolvidos ao longo das últimas décadas. Os resultados principais obtidos foram que o parâmetro de rede do filme de Au se expandiu em relação ao parâmetro de rede do substrato, evoluindo para o parâmetro de rede de um cristal de Au (fcc). O filme de Au cresceu seguindo o empacotamento fcc do substrato, mas ocorreram relaxações nas distâncias interplanares. Em comparação ao esperado para a estrutura fcc (111), ocorreu uma diminuição na distância entre a 1º e a 2º, entre a 2º e a 3º e entre 4º e 5º camada (substrato). Entre a 3º e a 4º camada, porém, ocorreu um aumento na distância interplanar. É importante mencionar que os resultados apresentados neste trabalho são preliminares, sendo necessário um melhor refinamento nas simulações, afim de obter modelos que se ajustem melhor as curvas de difração obtidas.

Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Palavras-chave: Au/Pd, difração de fotoelétrons, superfície.