RTM Untersuchungen an zweidimensionalen Nanostrukturen am Beispiel der reinen Au(100)-Oberfläche und des selbstassemblierten Systems Sauerstoff auf Cu(110)

Bombis, Christian; Ibach, Harald

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-9849

RTM Untersuchungen an zweidimensionalen Nanostrukturen am Beispiel der reinen Au(100)-Oberfläche und des selbstassemblierten Systems Sauerstoff auf Cu(110)

Bombis, Christian (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christian Bombis

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangVI, 134 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Ibach, Harald (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-11-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-9849
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62051/files/Bombis_Christian.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gold (Genormte SW) ; Kristallfläche (Genormte SW) ; Nanostruktur (Genormte SW) ; Rastertunnelmikroskopie (Genormte SW) ; Kupfer (Genormte SW) ; Adsorption (Genormte SW) ; Sauerstoff (Genormte SW) ; Physik (frei) ; RTM (frei) ; Au(100) (frei) ; Cu(110) (frei) ; Stufenenergie (frei) ; Oberflächenspannung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In der vorliegenden Rastertunnelmikroskopstudie werden Nanostrukturen auf metallischen Einkristalloberflächen unter UHV-Bedingungen beobachtet. Zur Bestimmung der freien Stufenenergie werden Adatom- und Leerstelleninseln durch Aufdampfen von Gold bzw. Sputtern mit Argonionen im Submonolagenbereich auf der temperierten rekonstruierten Au(100)-Oberfläche erzeugt. Wie bereits in anderen Arbeiten gezeigt, erhält man längliche rechteckige Wachstumsformen mit der langen Kante entlang der parallelen Rekonstruktionsreihen. Das Längenverhältnis der langen zur kurzen Seite dieser Wachstumsformen, das Aspektverhältnis, liegt in der Größenordnung von 10. Der einsetzende Inselzerfall korreliert mit einer Abnahme des Aspektverhältnisses bis hin zu etwa 1 und variiert dann nur noch stochastisch um diesen Wert. Wir konnten Adatominseln bei T = 353 K beobachten, die über lange Zeiträume weder wachsen noch zerfallen und deren Aspektverhältnis stochastisch um diesen Mittelwert von etwa 1 schwankt. Wir nehmen daher an, dass diese Inseln sich im thermodynamischen Gleichgewicht oder nahe daran befinden. Durch Mittelung über die Inselränder haben wir dann eine Gleichgewichtsform für die angegebene Temperatur bestimmt. Aus Inselrandfluktuationen dieser Inseln bestimmen wir eine mittlere freie Stufenenergie zu 170 meV pro Atom. In dazu völlig unabhängigen Untersuchungen an der anisotropen Cu(110)-Oberfläche wird die streifenförmige Ausbildung der (2x1)O Adsorptionsphase auf dieser Oberfläche bei Raumtemperatur in situ beobachtet und gleichzeitig eine quantitative Bestimmung der mit der Adsorption einhergehenden Änderung der Oberflächenspannung vorgenommen. Die Spannungsmessung erfolgt mit der Biegebalkenmethode, wobei das RTM die Probenauslenkung misst. Auf Grund der Anisotropie der Oberfläche werden sowohl Messungen an einem Kristall, dessen lange Seite parallel zur [1(-1)0]-Richtung liegt, als auch an einem anderen, dessen lange Seite parallel zur [001]-Richtung liegt, durchgeführt. Begasungen werden für das gesamte Bedeckungsgradintervall vorgenommen. Aus den gemessenen Kristallauslenkungen werden dann die induzierten Spannungen in [1(-1)0]- und in [001]-Richtung ermittelt. Die Differenz der absoluten Oberflächenspannung der (2x1)O Phase auf Cu(110) zur absoluten Oberflächenspannung der reinen Cu(110) Oberfläche ist für beide Spannungskomponenten kompressiv und abhängig vom Bedeckungsgrad. Die Daten können mit einer Exponentialfunktion angepasst werden. Weiterhin wird der Fit für die Stressdifferenz senkrecht zur Streifenrichtung zur Analyse der Streifenperiodizität herangezogen.

In this STM study, nanostructures on metallic single crystals are observed under UHV conditions. The aim of the work at the Au(100)-surface is to evaluate an energetic quantity, namely the step free energy, from a topographic structure information. Adatom and vacancy islands are produced on the tempered reconstructed Au(100)-surface by evaporation of submonolayer quantities of gold and sputtering with Argon ions, respectively. As noted before, these islands have a rectangular shape with the long side oriented along the parallel reconstruction lines. The initial (aspect) ratio of the long to the short side is about 10. The decay of these islands is correlated with a decrease of the aspect ratio to approximately 1. After that the aspect ratio varies merely stochastically around this mean value. We could observe adatom islands at T = 353 K, which neither grow nor decay over a long period of time and whose aspect ratio varies stochastically around the mean value of 1. In conclusion, we assume that these islands are in a thermodynamic equilibrium situation or at least close to it. By averaging over these island shapes, we obtain the equilibrium shape for this temperature. From island shape fluctuations we make a quantitative determination of the mean step free energy to 170 meV per atom. In completely separated experiments from the described ones above, the formation of the so-called (2x1) oxygen stripe phase on Cu(110) is imaged in situ, and simultaneously a quantitative determination of the induced surface stress is accomplished. The bending bar technique is utilized with the bending measured by the STM. Due to the anisotropy of the Cu(110) surface, two experiments, one with the [1(-1)0]- and a second one with the [001]-direction along the bar have to be carried out for a quantitative analysis of the induced surface stress. From the two experiments we calculate the induced stresses in both directions. We find that the difference of the surface stresses of the (2x1)O phase on Cu(110) and the clean Cu(110) surface is compressive for both directions, in accordance with the adsorption of oxygen on other surfaces. The stress depends significantly on the coverage. The data can be fitted with an exponential function. Furthermore the fit for the stress difference orthogonal to the stripes is used for a quantitative analysis of the periodicity of the oxygen stripes.

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