Наноадсорбенты, в отличие от обычных массивных подложек, открывают возможность использовать адсорбционные явления для направленной модификации их физико-химических свойств и получения материалов с заданными параметрами. Одним из примеров таких наносистем являются пленки иттербия толщиной от 0.4 до ~20-30 nm. Их электронные, термические, структурные и электрические свойства могут быть трансформированы путем адсорбции слоев молекул-лигандов (СО, О₂ и др.). В то же время информация об адсорбированных слоях в указанных системах крайне ограничена или отсутствует вовсе.

В настоящей работе исследована электронная структура, адсорбционная геометрия и зарядовое состояние молекул кислорода на нанопленках иттербия с помощью метода NEXAFS (околопороговая тонкая структура рентгеновских спектров поглощения) на синхротроне НИЦ «Курчатовский институт». Вблизи К-края спектров поглощения обнаружены две характерные особенности (рис. 1а-с). Они обусловлены резонансами 1s→1π_g^* и 1s→3σ_u^* в молекулах О₂.

Это означает, что адсорбция имеет недиссоциативный характер. Установлено, что адсорбированные молекулы выступают как акцепторы электронов и находятся на поверхности наноадсорбента в состоянии, близком к однозарядным ионам О₂^-. Структура таких молекул деформирована: длина связи О-О в них составляет 1.33 Å (в свободной нейтральной молекуле — 1.21 Å). С помощью угловых зависимостей спектров поглощения (рис. 1d) обнаружен рентгеновский дихроизм молекул О₂ на поверхности нанопленки и показано, что их преимущественной ориентацией является вертикальное положение.

Полученные результаты могут быть использованы для создания наносенсоров молекул с низким атомным номером, а также интеграции указанных наносистем в существующие кремниевые технологии.

Публикации

1. [1] M.В.Кузьмин и др., Письма в ЖФТ (принята к печати в октябре 2025 г.).