Oberflächenspektroskopische Untersuchungen an Platin-Cobalt-Oberflächenlegierungen

Abbildung 3.12: Es ist ein Modell der durch die Co-Atome auf Pt(111) gebildeten Moiré-Struktur dargestellt (a). Es ist zusätzlich ein Querschnitt durch die Oberfläche von A bis C abgebildet [31]. In (b) ist eine STM-Aufnahme (10 × 10 nm2 ) der Moiré-Struktur abgebildet [30]. Für die Bedeckungen größer als 5 ML wurden in der Literatur [34] twinned fcc-, fcc- und hcp-Phasen gefunden. Bei geringer Bedeckung (0,1 ML) kann die Co-Schicht bei Raumtemperatur eine Doppelstreifenrekonstruktion auf Pt(111) initiieren [32]. In der Literatur [30] wurde dieses Verhalten auf den Einbau von Co-Atomen in die obere Pt-Schicht zurückgeführt. Segregation und Legierungsbildung werden bei Raumtemperatur nicht beobachtet. Bei höheren Temperaturen (>370 K) wird dendritisches Wachstum beobachtet, das unter Rekonstruktion der Platinoberfläche erfolgt. Weitere Einzelheiten zum Co-Filmwachstum auf Pt(111) können [32] entnommen werden. [...]

Abbildung 3.11: STM-Bilder (100×100 nm2 ) von „dicken“ Co-Filmen auf PT(111) [30]. Die Verringerung der Gitterverspannungen beeinflusst das Diffusionsverhalten der Co-Atome und führt bei Bedeckungen von über 3,5 ML zum dreidimensionalen Inselwachstum. Beim 2D Filmwachstum findet eine Austauschdiffusion der Co-Atome mit den Pt-Atomen an den Stufenkanten zu niedriger liegenden Terassen statt [33]. In [30] wurde gezeigt, dass die Diffusion zwischen den Lagen an den Defektstellen der Kanten (Kinken und Ecken) stattfindet. Die Defekte in den Stufenkanten entstehen durch die Oberflächenspannung der ersten Schicht. Während des weiteren Filmwachstums nimmt die Defektdichte der Stufen mit der Abnahme der Oberflächenverspannung ab, und die Diffusion zwischen den Lagen wird erschwert, so dass es schließlich zum 3D-Wachstum kommt. Beim 3D-Wachstum erfolgt kaum Diffusion zwischen den Lagen. [...]

nen einzelne Defekte bzw. ungeordnete Oberflächenstrukturen sichtbar gemacht werden. Die Beugungsmethoden können zwar die Auflösung des STM übertreffen, liefern jedoch über einen größeren Bereich gemittelte Signale und können nur bei kristallinen Oberflächen eingesetzt werden. Mit STM werden gewöhnlich kleine Ausschnitte einer Oberfläche dargestellt. Es wäre jedoch ein Fehler daraus auf die gesamte Oberfläche zu schließen (Tunnelblick). Die Interpretation der STM-Bilder ist nicht trivial und sollte unter der Zuhilfenahme von quantenmechanischen Rechnungen (Computersimulationen) erfolgen, falls noch keine Daten zu der untersuchten Oberfläche vorliegen. Die Rastertunnelmikroskopie liefert nicht die topographische Beschaffenheit der untersuchten Oberfläche, sondern Informationen über die örtliche Zustandsdichte (LDOS: local density of states) am Fermi-Niveau. Wird die Nadel als Anode geschaltet, können die besetzten elektronischen Zustände der Probe dargestellt werden (negative Spannung). Wird die Nadel als Kathode geschaltet, werden die antibindenden Zustände sichtbar (positive Spannung). Die Rastertunnelmikroskopie wird häufig mit anderen Untersuchungsmethoden kombiniert, da die chemische Identität der beobachteten Spezies einem STM-Bild („topograph“) nicht entnommen werden kann. Das Bild variiert mit der angelegten Spannung und dem Tunnelstrom. Die Oberfläche kann zudem durch die Wechselwirkungen mit der Spitze modifiziert werden. Die Struktur der Spitze kann sich während der Messung ändern. Es kann z.B. eine Doppelspitze auftreten. Der Einsatz von Piezokeramiken bedingt weitere Effekte – piezo bow, creeping, Hysterese, nicht lineares Ausdehnungsverhalten und Alterung –, die zu Artefakten in den STM-Bildern führen können. Dieses Verhalten führt dazu, dass die Ergebnisse häufig nicht reproduziert werden können – auch weil die genaue Form der Spitze meistens unbekannt ist, was zu Schwierigkeiten bei der quantenmechanischen Modellierung führt. Weitere Probleme werden durch inelastische Tunnelvorgänge bereitet. Der inelastische Tunnelvorgang wird in der IETS (Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy) ausgenutzt. Bei IETS werden die auf einer Oberfläche adsorbierten Teilchen gezielt durch die Tunnelelektronen angeregt. [...]