Theoretical Study of Charge Transfer between a Metal Surface and a Hydrogen Atom in the Excited p-State

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Some features of the charge transfer between ions and the metal surface, which are due to its atomic structure, were numerically investigated. The simulation was based on a three-dimensional implementation of the wave packet propagation method. The studied system consisted of an Al(110) metal surface and an excited hydrogen atom with an electron in the p-state, which does not have spherical symmetry. When considering a model static problem, it was shown that electron exchange is more efficient when the symmetry axis of the p-orbital was oriented perpendicular to the Al surface, rather than parallel. Also, analysis of the obtained data showed that the time dependence of the atomic population function has an exponential decay. The solution of the “dynamic” problem showed that for an excited hydrogen atom moving along the metal surface, the electron exchange does not depend on the orientation of the p-orbital symmetry axis with respect to the direction of motion of the atom. The study of the dynamics of the charge transfer with a metal surface made it possible to observe for p-orbitals, the symmetry axis of which was directed parallel to the metal surface, the separation of the electron density passing to the surface into two parts, which diverge relative to the p-orbital symmetry plane.

About the authors

S. S. Moskalenko

Moscow State University

Email: ivan.gainullin@physics.msu.ru
Russia, 119992, Moscow

I. K. Gainullin

Moscow State University

Author for correspondence.
Email: ivan.gainullin@physics.msu.ru
Russia, 119992, Moscow

References

  1. Hutchings G.J., Haruta M. // Appl. Catal. A. 2005. V. 291. P. 2. https://www.doi.org/10.1016/j.apcata.2005.05.044
  2. Lai X., Clair T.P.St., Valden M., Goodman D.W. // Prog. Surf. Sci. 1998. V. 59. P. 25. https://www.doi.org/10.1016/S0079-6816(98)00034-3
  3. Lai X., Clair T.P.St., Goodman D.W. // Faraday Discuss. 1999. V. 114. P. 279. https://www.doi.org/10.1039/A902795E
  4. Bacal M., Wada M. // Appl. Phys. Rev. 2015. V. 2. P. 021305. https://www.doi.org/10.1063/1.4921298
  5. Gainullin I.K. // Surf. Sci. 2018. V. 677. P. 324. https://www.doi.org/10.1016/j.susc.2018.08.007
  6. Usman E.Yu., Urazgil’din I.F., Borisov A.G., Gauyacq J.P. // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 205405. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.64.205405
  7. Amanbaev E.R., Shestakov D.K., Gainullin I.K. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2009. V. 3. P. 865. https://www.doi.org/10.1134/S1027451009060032
  8. Magunov A.A., Shestakov D.K., Gainullin I.K., Urazgil’din I.F. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2008. V. 2. P. 764. https://www.doi.org/10.1134/S1027451008050170
  9. Gainullin I.K., Usman E.Yu., Song Y.W., Urazgil’din I.F. // Vacuum. 2003. V. 72. P. 263. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2003.07.001
  10. Zykova E.Y., Khaidarov A.A., Ivanenko I.P., Gainullin I.K. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2012. V. 6. P. 877. https://www.doi.org/10.1134/S102745101211016X
  11. Klavsyuk A.L., Kolesnikov S.V., Gainullin I.K., Saletsky A.M. // Eur. Phys. J. B. 2012. V. 85. P. 331. https://www.doi.org/10.1140/epjb/e2012-30352-3
  12. Amanbaev E.R., Gainullin I.K., Zykova E.Yu., Urazgildin I.F. // Thin Solid Films. 2011. V. 519. P. 4737. https://www.doi.org/10.1016/j.tsf.2011.01.026
  13. Obreshkov B., Thumm U. // Phys. Rev. A. 2013. V. 87. P. 022903. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevA.87.022903
  14. Bryukvina L.I., Lipko S.V., Martynovich E.F. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2013. V. 7. № 4. P. 617. https://www.doi.org/10.1134/S1027451013040071
  15. Stueckelberg E.C.G. // Helvetica Physica Acta. 1932. V. 5. P. 369.
  16. Gainullin I.K. // UFN. 2020. V. 63. P. 888. https://www.doi.org/10.3367/UFNe.2019.11.038691.
  17. Yin C., Guo Z., Gellman A.J. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 10605. https://www.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c02058
  18. Bruckner B., Bauer P., Primetzhofer D. // Surf. Sci. 2020. V. 691. P. 121491. https://www.doi.org/10.1016/j.susc.2019.121491
  19. Oohara W., Kaji T., Hirose K. et al. // AIP Advances. 2020. V. 10. P. 095006. https://www.doi.org/10.1063/5.0020697
  20. Oohara W., Fujii M., Watai M., Hiraoka Y., Egawa M., Morinaga Y., Takamori S., Yoshida M. // AIP Advances. 2019. V. 9. P. 085303. https://www.doi.org/10.1063/1.5109805
  21. Gao L., Zhu Y., Shi Y., Liu P., Xiao Y., Li G., Liu Y., Esaulov V.A., Chen X., Chen L., Guo Y. // Phys. Rev. A. 2017. V. 96. P. 052705. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevA.96.052705
  22. Shaw J., Zhang Y., Doerr D., Chakraborty H., Monismith D. // Phys. Rev. A. 2019. V. 98. P. 052705. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevA.98.052705
  23. Shaw J., Monismith D., Zhang Y., Doerr D., Chakra- borty H.S. // Atoms. 2020. V. 7. P. 89. https://www.doi.org/10.3390/atoms7030089
  24. Iglesias-García A., Romero M.A., García E.A., Goldberg E.C. // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 115406. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.102.115406
  25. Liu J. et al. // Phys. Rev. A. 2020. V. 101. P. 032706. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevA.101.032706
  26. Xiao Y., Shi Y., Liu P., Zhu Y., Gao L., Guo Y., Chen L., Chen X., Esaulov V. // Nucl. Instum. Methods. Phys. Res. B. 2019. V. 450. P. 73. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2018.11.022
  27. Mamedov N.V., Mamedov I.M. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2020. V. 84 P. 713. https://www.doi.org/10.3103/S1062873820060155
  28. Balakshin Y.V., Kozhemiako A.V., Evseev A.P., Minnebaev D.K., Elsehly E.M. // Moscow University Phys. Bull. 2020. V. 75. P. 218. https://www.doi.org/10.3103/S0027134920030030
  29. Shemukhin A.A., Smirnov A.M., Evseev A.P., Vorobyeva E.A., Kozhemiako A.V., Minnebaev D.K., Balakshin Y.V., Nazarov A.V., Chernysh V.S. // Moscow University Phys. Bull. 2020. V. 75. P. 133. https://www.doi.org/10.3103/S0027134920020113
  30. Sereda I., Tseluyko A., Ryabchikov D., Hrechko Y., Azarenkov N. // Vacuum. 2019. V. 162. P. 163. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.01.046
  31. Aleksandrov A.F., Gainullin I.K., Sonkin M.A. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech.2020. V. 14. P. 791. https://www.doi.org/10.1134/S1027451020040205
  32. Gainullin I.K. // Moscow University Phys. Bull. 2019. V. 74. P. 585. https://www.doi.org/10.3103/S0027134919060158
  33. Majorosi S., Czirják A. // Comp. Phys. Comm. 2016. V. 208. P. 9. https://www.doi.org/10.1016/j.cpc.2016.07.006
  34. Fu Y., Zeng J., Yuan J. // Comp. Phys. Comm. 2017. V. 210. P. 181. https://www.doi.org/10.1016/j.cpc.2016.09.016
  35. Lüdde H.J., Horbatsch M., Kirchner T. // Eur. Phys. J. B. 2018. V. 91. P. 99. https://www.doi.org/10.1140/epjb/e2018-90165-x
  36. Zhou S.P., Liu A.H., Liu F.C., Wang C.C., Ding D.J. // Chinese Phys. B. 2019. V. 28. P. 083101. https://www.doi.org/10.1088/1674-1056/28/8/083101
  37. Liu Q., Liu F., Hou C. // Procedia Computer Sci. 2020. V. 171. P. 312. https://www.doi.org/10.1016/j.procs.2020.04.032
  38. Gainullin I.K., Klavsyuk A.L. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2012. V. 76. P. 542. https://www.doi.org/10.3103/S1062873812050115
  39. Riascos V.Q. et al. // Phys. Rev. A. 2021. V. 103. № 6. P. 062805. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevA.103.062805
  40. Fu-Ming T. et al. // Acta Physica Sinica. 2020. V. 69. № 23. P. 234202. https://www.doi.org/10.7498/aps.69.20200700
  41. Wang L., Sun G., Liu X. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. B. 2021. V. 497. P. 10. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2021.03.022
  42. Salvo C., Karmakar P., Yarmoff J. // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. P. 035437. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.98.035437
  43. Urazgil’din I.F. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 4139. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.47.4139
  44. Tolstogouzov A., Daolio S., Pagura C. // Surf. Sci. 1999. V. 441. P. 213. https://www.doi.org/10.1016/S0039-6028(99)00881-X
  45. Elovikov S.S., Zykova E.Yu., Mosunov A.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2002. V. 66. P. 558.
  46. Mashkova E.S. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. B. 2003. V. 212. P. 164.
  47. Zinoviev A.N., Babenko P.Y., Meluzova D.S., Shergin A.P. // JETP Letters. 2018. V. 108. P. 633.
  48. Brongersma H.H., Draxler M., de Ridder M., Bauer P. // Surf. Sci. 2007. V. 62. P. 63.
  49. He X., Zhou W., Wang Z.Y., Zhang Y.N., Shi J., Wu R.Q., Yarmoff J.A. // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 156101.
  50. Souda R., Ayzawa T., Hayami W., Otani S., Ishizawa Y. // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. P. 7761. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.42.7761
  51. Gainullin I.K., Usman E.Yu., Song Y.W., Urazgil’din I.F. // Vacuum. 2004. V. 72. P. 263.
  52. Gainullin I.K., Usman E.Y., Urazgil’din I.F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2005. V. 232. P. 22.
  53. Gainullin I.K., Urazgildin I.F. // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. № 20. P. 205403.
  54. Shestakov D.K., Polivnikova T.Yu., Gainullin I.K., Urazgildin I.F. // Nuclear Instrum. Methods Phys. Res. B. 2009. V. 267. P. 2596.
  55. Gainullin I.K. // Surf. Sci. 2019. V. 681. P. 158.
  56. Гайнуллин И.К. // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2019. №. 5. С. 67.
  57. Gainullin I.K. // Phys. Rev. A. 2019. V. 100. P. 032712.
  58. Гайнуллин И.К. // Успехи физических наук. Т. 190. С. 950. https://www.doi.org/10.3367/UFNr.2019.11.038691.
  59. Martynenko Yu.V. // Rad. Eff. Defects. Solids. 1973. V. 20. P. 211.
  60. Winter H. // Phys. Rep. 2002. V. 367. P. 387.
  61. Los J., Geerlings J.J.C. // Phys. Rep. 1990. V. 190. P. 133.
  62. Canario A.R. et al. // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. № 12. P. 121401.
  63. Ermoshin V.A., Kazansky A.K. // Phys. Lett. A. 1996. V. 218. P. 99.
  64. Gainullin I.K., Sonkin M.A. // Phys. Rev. A. 2015. V. 92. P. 022710.
  65. Gainullin I.K., Sonkin M.A. // Computer Phys. Commun. 2015. V. 188. P. 68.
  66. Gainullin I.K. // Computer Phys. Commun. 2017. V. 210. P. 72.
  67. Gainullin I.K. // Phys. Rev. A. 2017. V. 95. № 5. P. 052705.
  68. Jennings P.J., Jones R.O., Weinert M. // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 6113.
  69. Chulkov E.V., Silkin V.M., Echenique P.M. // Surf. Sci. 1999. V. 437. P. 330.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (107KB)
3.

Download (172KB)
4.

Download (216KB)
5.

Download (226KB)
6.

Download (155KB)
7.

Download (41KB)
8.

Download (67KB)
9.

Download (131KB)
10.

Download (130KB)
11.

Download (331KB)

Copyright (c) 2022 С.С. Москаленко, И.К. Гайнуллин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».