Macroscopic properties of materials stem from fundamental atomic-scale details, yet for insulators, resolving surface structures remains a challenge. We imaged the basal (0001) plane of α–aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ) using noncontact atomic force microscopy with an atomically defined tip apex. The surface formed a complex ( 31 × 31 ) R ±9° reconstruction. The lateral positions of the individual oxygen and aluminum surface atoms come directly from experiment; we determined with computational modeling how these connect to the underlying crystal bulk. Before the restructuring, the surface Al atoms assume an unfavorable, threefold planar coordination; the reconstruction allows a rehybridization with subsurface O that leads to a substantial energy gain. The reconstructed surface remains stoichiometric, Al 2 O 3 .

中文翻译：

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Al 2 O 3 （0001） 表面的化学计量重建


材料的宏观特性源于基本的原子尺度细节，但对于绝缘体来说，解析表面结构仍然是一个挑战。我们使用具有原子定义的尖端顶点的非接触式原子力显微镜对 α-氧化铝 （α-Al 2 O 3） 的基 （0001） 平面进行成像。表面形成复合 （ 31 × 31 ） R ±9° 重建。单个氧原子和铝表面原子的横向位置直接来自实验;我们通过计算建模确定了这些晶体如何连接到底层晶体块体。在重组之前，表面 Al 原子呈现出不利的三重平面配位;重建允许与地下 O 再杂交，从而导致大量能量增益。重建的表面保持化学计量，Al 2 O 3 。