Связь коллективных $\pi$-электронных возбуждений с поверхностными колебаниями решетки на Si $(111){-}(2{\times}1)$ и $(7{\times}7)$

1.  Развивается модель реконструкции, согласно которой на Si $(111){-}(2{\times}1)$ возникают электронные комплексы в виде циклических таммовских вигнеровских цепочек (ТВЦ), содержащих ${n=6}$ $\pi$-электронов. Эти ТВЦ подобны ВЦ молекулы бензола, но имеют радиус в 1.69 раз больше. Соответственно уровни энергии ТВЦ лежат в $1.69^{2}$ раз ниже ранее рассчитанных уровней молекулярных ВЦ. Все предсказываемые уровни ТВЦ ${n=6}$ в пределах ошибок измерений совпадают с наблюдаемыми возбуждениями па Si $(111){-}(2{\times}1)$. Это позволяет с полной уверенностью утверждать, что развиваемая модель здесь реализуется. На Si $(111){-}(7{\times}7)$ возникают ТВЦ ${n=5}$, 6, 8, 18. Уровни ТВЦ ${n=5}$, 6, 8 близки к наблюдаемым, но малая точность доступных экспериментальных данных не позволяет осуществить детальное отождествление. Уровни ТВЦ ${n=18}$ совпадают с наблюдаемыми.
2.  Рассчитаны сдвиги уровней ТВЦ ${n=6}$ при неполносимметричных (НПС) деформациях остова ТВЦ. Найдено, что уровни первой зоны сдвигаются вверх, т. е. они устойчивы к НПС деформациям. Уровни второй зоны сдвигаются вниз, т. е. они неустойчивы к НПС деформациям. Получено, что связь электронного движения с НПС деформациями является сильной: при достаточной деформации энергетическая щель между уровнями ТВЦ первой и второй зон, равная ${\sim1}$ эВ, практически исчезает.
3.  Объяснены закономерности, ранее установленные эмпирически по рассеянию медленных электронов. Неустойчивость уровней второй зоны к НПС деформациям объясняет наблюдаемое аномально большее сечение возбуждения НПС колебаний решетки при рассеянии электронов с энергией более 2 эВ на Si $(111){-}(2{\times}1)$. Наоборот, ввиду устойчивости первой зоны уровней ТВЦ к НПС деформациям их возбуждение при столкновении с медленными электронами может происходить как прямо, так и с поглощением НПС фононов, но не может сопровождаться излучением НПС фононов. Это объясняет наблюдаемую аномальную температурную зависимость сечения рассеяния электронов с энергией 0.5 эВ на Si $(111){-}(2{\times}1)$.
4.  Объяснены закономерности, ранее установленные эмпирически по оптическому поглощению. Ввиду устойчивости первой зоны уровней к развитию НПС деформаций радиационные переходы между уровнями первой зоны эквидистантных ТВЦ возможны только с поглощением НПС фонона. Это объясняет тот факт, что оптическое поглощение на Si $(111){-}(2{\times}1)$ происходит при энергии кванта 0.48 эВ, тогда как возбуждение при электронном ударе происходит при энергии электрона 0.58 эВ. Разница ${\sim0.1}$ эВ есть энергия поглощаемых НПС фононов. Ввиду неустойчивости второй зоны уровней ТВЦ к НПС деформациям радиационные переходы между зонами происходят с рождением НПС фононов. Полученные результаты используются также для объяснения радиационных свойств молекулы бензола и третьего канала распада в бензоле.