(111)
Ｂ、失蹤原子列的形成機制
現在我們針對失蹤原子列的(110)面與(311)面及二次失蹤原子列 的(331)面與(211)面形成原因進行討論。失蹤原子列這種重構在通道 面之所以會發生與皺化行為的原理一樣，單純是為了滿足＂最低表面 自由能(surface energy)＂的條件，並且與皺化行為息息相關。
ａ、(110)面
如圖 5.3.3 所示，(110)面在失蹤原子列的發生後，由此通道內看 左右兩面，結構都分別為低表面自由能(111)的小晶面，在這樣的結構 下能量達到平衡且穩定。
圖5.3.3：(110)面發生重構後，由紅色虛線左右邊來看，各分別是(111)面。
在上文中我們是以形成穩定表面自由能的小晶面來解釋這種結
ｂ、(311)面
以下我們繼續對其它的通道面作分析，由於原理都與(110)面的形 成機制一樣，而既然我們已經知道小晶面與皺化行為之間的關係，之 後的通道面我們不再以大範圍的說明每一個面的皺化與失蹤原子列 的關係，直接從小晶面的角度了解即可。如圖 5.3.5 所示，(311)面在 失蹤原子列的發生後，由此通道內看左右兩面，分別是(100)小晶面 與(111)小晶面的組合結構。
圖 5.3.5：(311)面發生重構後，由紅色虛線左右邊來看，各分別是(100)面 以及(111)面。
ｃ、鉑(331)面與鉑(211)面
我們再由皺化的角度去看二次失蹤原子列。由於考慮本實驗未見 (331)面與(211)面單一層的失蹤原子列，並且就如同(110)面的重構行 為，需同時考慮兩個方位的擴張，因此不再考慮單一層失蹤原子列的 結構，直接分析二次失蹤原子列的結構。如圖 5.3.6 所示，(a)與(b)分 別指已經是二次失蹤原子列的(331)面與(211)面。在這個結構下，左 右兩面是由平坦的(111)小晶面或(100)小晶面所構成，因此根據表面 自由能來看這個結構，能量是達到穩定平衡的。
(a)
(b)
圖5.3.6：(a)(331)面；(b)(211)面在二次失蹤原子列重構後的形貌。
Ｃ、重構的全面性
首先加入重要的一點：「表面重構前後在各指數面仍是保持連續 的」。當溫度加熱到約 T >550K 除通道面開始有小型的擴張現象出現 外，一些非通道的面也有變寬的情況發生。其中較明顯的是(410)及其 相鄰的指數面。如圖 5.3.7 所示，(a)圖中包括了(410)面，再由 550K 加熱後的(b)圖對照可明顯看出間距改變了。
(a) (b)
圖 5.3.7：在此(410)面上，由(a)(b)兩圖可明顯看出在非通道面的結構中，
再加熱約550K 後，也可發現有原子失去的情況發生。
現在我們再以通道面與非通道面的連結來看這個結構。如圖5.3.8 所示，此圖的通道面包括(611)、(711)、(911)等面，明顯地在發生皺 化行為後已經被取代成一種面了，在將兩者合起來分析後發現介面間 是連續的。以此推測重構可以是全面性的，無論是通道面的失蹤原子 列或是皺化行為都擴及了整個表面。
(410)
圖 5.3.8：此圖黃線左右分別為通道面與非通道面重構後的影像，明顯看 出，重構在各指數面是連續的。
再由另一次的實驗看整個場離子影像的變化，如圖 5.3.9 所示，
所有的通道面都有重構變寬甚至發生皺化等行為，而非通道面必須與 通道面連續，因此在此圖中可以大規模看到這個現象，在此證明一件 事，重構在各指數面之間是連續的。
(a)
(b) (c)
圖5.3.9：大範圍重構圖，(a)乾淨場離子圖；(b)重構後的表面形貌；(c)加 上補助線可以更清楚的看到，重構在每個指數面間是連續的。
就Ａ小節所說，皺化與失蹤原子列兩者的發生都是為了得到最低 的表面自由能，甚至失蹤原子列是皺化行為的附屬品，因此兩者是可 以同時發生、同時存在的。所以在這一小節將皺化行為最後所形成的 多面體提出再討論。先讓我們回顧到溫度700K 時，(310)面擴張的發 生，當時我們留下了一個疑問，實驗所的到的原子間距與原子模型不 合，這就是未同時考慮皺化以及失蹤原子列的結果，我們將圖5.1.4(b) 重新置於圖5.3.10 來看，(a)為皺化未加入失蹤原子列的原子模型圖，
在兩(310)面的對照之下，原子間距的長寬比例似乎有很大的出入，(b) 在考慮失蹤原子列並加入上段所說表面重構在各指數面間是連續 的，發現長寬比例與實驗的場離子圖完全符合，再次證實了表面重構 在各指數面間是連續的行為，並且在討論面心立方體的皺化行為時必
須同時考慮失蹤原子列的機制。
(a)
(b)
圖5.3.10：(310)面的重構與其原子模型圖，(a)將沒有考慮失蹤原子列的模 型圖與實際場離子圖相比較是不符合的；(b)考慮失蹤的原子列 後，發現模型與場離子圖相吻合。
(110)
(310) (110)
(310)
(110)
(310) (310)
(110)
因此我們再將這個結論也加入最後形成的多面體中。在這我們直 接依照會發生的兩種表面變化重新繪製原子模型圖。如圖 5.3.11 所 示。
(a) (b)
(c)
圖5.3.11：將皺化形成的多面體各面加入重構的要素所繪製的圖形。
(100)
(310)
(311) (310)
(311) (310)
(110)
(111) (111)
Ｄ、(311)面的二次重構
在本實驗中發現當(311)面再加熱到 650K 以上，鉑(311)面又再重 構為另一種結構，此重構是架構於(311)面的(1×2)重構之上，再次重 構形成(2×2)的結構。如圖 5.3.12 所示。
圖5.3.12：由此圖可以明顯看到(311)面(2×2)的結構，以及第一層原子層跟 第二層原子層的排列狀況。在由場蒸發的難易來推測第一層原 子與第二層原子的排列狀況。
在溫度Ｔ＞650K 重構為(2×2)的結構中，由場離子顯微鏡的特有 觀測技巧，場蒸發的觀察。可以明顯知道，這種重構成(2×2)後的結 構，(311)面表面自由能是明顯低的，並且在漸漸場蒸發的觀察中可以 看到雙層同時蒸發的現象。如圖 5.3.13 所示，可以看到兩種情況的發 生。第一，原本在(1×2)重構的第一層原子列中，每一原子列再次的 失去中間原子，形成(2×2)的結構。但由於場離子顯微鏡對通道面的
解析度低，故推測此(2×2)結構有兩種可能；其次為兩原子層上下緊 實的排列結構，這種結構中的第一原子層與第二原子層排列非常緊 密，場蒸發時幾乎一起離開。推測兩種情況的發生歸咎於表面鬆弛所 造成，如圖 5.3.14 所示。在上兩層的鬆弛後，α 原子向下崁入，造成 第二層原子的橫向擴張，以至於 β 原子被向上推擠，並且為求更低的 表面自由能而離開了原有的位子。
(a) (b)
圖5.3.13：對於鉑(311)面的(2×2)結構，推測有以上(a)或(b)兩種可能。
圖5.3.14：
此圖為模擬鉑(311)面由(1×2)結 構重構至(2×2)結構的模擬圖。先 推測表面兩層的結構鬆弛，而後α 原子向下崁入，以至於 β 原子向 上推擠，使得 β 原子離開原有的 位置。
因此在鉑(311)面的結構中，當溫度達到約530K時，(311)面將由 (1×1)重構為(1×2)；若溫度在大於650K，再將由(1×2)重構為(2×2)的表 面結構。下圖5.3.15為鉑(311)未重構與兩次重構的能量示意圖。
圖5.3.15：
鉑(311)未重構與兩次重構的能量示 意圖。
Ｅ、銥的重構
圖5.3.16：由銥(110)面與兩個(311)面所構成的金字塔。
(311)
(311) (110)
在原研究中只考慮了皺化了影響，現在我們由鉑的實驗經驗上，
(a) (b)
圖5.3.18：(a)銥的皺化實驗圖；(b)加上補助線可以清楚看到(110)面與兩個 (311)也形成了稜角與稜線。
(a) (b)
圖5.3.19：為銥(110)面與兩個(311)面構成的稜線與稜角圖(a)不考慮失蹤原 子列及(b)考慮失蹤原子列的兩種模型。
現在有上述資訊即可臆測形成銥多面體的造型，雖然在這缺乏 (111)面的數據，但是由理論論文中[21]，對於 FCC 的(111)面的表面
(311)
自由能都是處於最低的角度來看，臆測(111)面在銥的皺化過程中，顯 然是處於強勢的面，因此猜測(111)與(110)及(311)面會擴張形成稜角 與稜線，如圖5.3.20 的原子模型圖所示，一樣的分為無失蹤原子列與 有失蹤原子列的發生。所以銥皺化的面包括了之前的(110)、(311)、
(100)及(111)面，就可臆測銥多面體的形貌如圖 5.3.21 所示。
圖5.3.20：為銥(111)、(311)及(110)面構成的稜線與稜角圖(a)不考慮失蹤原 子列及(b)考慮失蹤原子列的兩種模型。
(100) (311) (110) (111)
圖5.3.21：銥皺化成多面體的圖形。
(311) (111) (311)
(111)
(110) (110)
Ｆ、鉑與銥
分別討論了鉑與銥的皺化行為，在這歸納以下幾個重點：
ａ、銥的皺化在曝氧的環境下加劇了(110)面及(311)面的皺化，進而 形成稜角與稜線；鉑在超高真空的環境下產生皺化，而且皺化的 程度也劇烈到有稜角與稜線的形成。推測可能是少量的氧就足以 誘發鉑達到這個結果，或是在超空儀器最難以抽出且活性大的氣 體，氫氣及一氧化碳所誘發形成。
ｂ、鉑與銥在皺化的指數面上最大的差別，就是當加熱退火的溫度到 達 700Ｋ以上時，鉑有(310)面的皺化發生。但在溫度在 700Ｋ以 下時兩者相當。
ｃ、同樣 FCC 的鉑與銥兩種金屬，重構及皺化都是為了得到最低表 面自由能的行為，因此在高溫的加熱退火兩種現象時必須同時考 慮。