Colloquium: Cluster growth on surfaces: Densities, size distributions, and morphologies

Abstract

Understanding and control of cluster and thin film growth on solid surfaces is a subject of intensive research to develop nanomaterials with new physical properties. In this Colloquium we review basic theoretical concepts to describe submonolayer growth kinetics under non-equilibrium conditions. It is shown how these concepts can be extended and further developed to treat self-organized cluster formation in material systems of current interest, such as nanoalloys and molecular clusters in organic thin film growth. The presentation is focused on ideal flat surfaces to limit the scope and to discuss key ideas in a transparent way. Open experimental and theoretical challenges are pointed out.

Point island models for nucleation and growth of supported nanoclusters during surface deposition

“…By matching (6) to N1   in the transient regime, one immediately recovers the result (2) for the crossover *. From (6), it is also clear that N1 << Nisl for i = 1, N1 ~ Nisl for i = 2, and N1 >> Nisl for i > 2 when  = O(1) for large h/F [14]. Fourth, we consider the mean island size, sav.…”

Self-organized nano-structuring of CoO islands on Fe(001)

“…Among different possible fabrication approaches, those classified as bottom-up, which consist in exploiting the peculiarity of the growth procedure in order to obtain self-organized systems at the nanometer scale, combine both fundamental and technological potentialities [1,2]. The former is due to the fact that many materials, when confined to low dimensions, show novel and intriguing properties.…”

Дисперсия Масштабно-Инвариантных Функций Распределения По Размерам

“…Сформулированное впервые Vicsek и Family в работе [1] свойство масштабной инвариантности (МИ), или скейлинга, функции распре-деления по размерам (ФР) наблюдается для некоторых двумерных поверхностных островков на ранних стадиях эпитаксиального роста, предшествуюших коалесценции [2][3][4]. Для этого необходимо, чтобы коэффициент диффузии адатомов (подвижных мономеров) был много 4 В.Г.…”

“…Дубровский больше скорости их осаждения на подложку. МИ ФР имеют вид [1][2][3][4] n(s, s , ) = s 2 F(x), x = s s , где s -число мономеров в островке ( " размер", пропорциональный площади поверхности, занимаемой островком), s -средний размер островков и -степень заполнения поверхности подложки остров-ками. Скейлинговая функция (СФ) F(x) в правой части приведенного выражения должна быть универсальной, т. е. не зависеть ни от , ни от s .…”

“…Данное свойство имеет большое значение для физических свойств ансамблей наноструктур, получа-емых при усреднении различных величин с МИ ФР. При высоких значениях коэфициента диффузии в сравнении со скоростью осаждения осуществляется режим полной конденсации тонких пленок [2][3][4], в котором концентрация мономеров быстро стремится к нулю. Тогда поверхностная плотность островков N примерно равна / s и для нормированной на плотность ФР f = n/N справедливо более простое выражение…”