Изотопные эффекты и проявление 2D фазовых переходов в кинетике низкотемпературной (до 5 К) адсорбции водорода

Abstract

Исследованы адсорбционно-десорбционные характеристики изотопов водорода на поверхностях

(110) W и Мо при температуре Ts ~ 5 K. Обнаружены значительные различия характеристик для

водорода и дейтерия. Изотермическая десорбция H₂ с W(110) при Ts ~ 5 К наблюдается, а D₂

практически отсутствует. Десорбция H₂ подавляется при увеличении потока молекул на

поверхность, что, по мнению авторов, является следствием фазового перехода 2D газ-2D

конденсат. Начальный коэффициент прилипания H₂ на W(110) сильно зависит, а D₂ практически

не зависит от потока, что в случае H₂ объясняется образованием зародышей 2D

конденсированной фазы во время пребывания молекул в предадсорбционном состоянии. В случае

адсорбции H₂ на Мо(110) обнаружен резкий и глубокий минимум на зависимости коэффициента

прилипания от покрытия, который в случае D₂ отсутствует. Отмеченные изотопные эффекты

объясняются более глубоким расположением уровня нулевых колебаний тяжелой молекулы D₂.

The adsorption–desorption characteristics of hydrogen isotopes on the (110) surfaces of W and Mo are investigated at a temperature Ts∼5K. It is found that the characteristics for hydrogen and deuterium are very different. Isothermal desorption from W(110) at Ts∼5K is observed in the case of H₂, while that of D₂ is practically absent. The desorption of H₂ is suppressed as the flux of molecules to the surface increases; this, in the opinion of the authors, is a consequence of phase transition from a 2D gas to a 2D condensate. The initial sticking probability of H₂ on W(110) depends strongly on the flux, while that of D₂ is nearly independent of flux; in the H₂ case this is explained by the formation of nuclei of the 2D condensed phase during the lifetime of the molecule in the precursor state. In the case of H₂ adsorption on Mo(110) a sharp and deep minimum is observed in the dependence of the sticking probability on the coverage, which is absent in the case of D₂. These isotope effects are explained by the deeper position of the levels of the zero-point vibrations of the heavier molecule D₂.