Femtosekunden Zeitauflösung bei der lokalen Untersuchung von Oberflächenereignissen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wurde der Einfluss verschiedener Faktoren auf thermische und laser-induzierte Diffusion von CO auf niedrigindizierten Münzmetalloberflächen (und einer Legierung mittels Tieftemperaturrastertunnelmikroskopie untersucht. Da die Bestimmung von Energiebarrieren Messungen bei verschiedenen Temperaturen erfordert, wurde das verwendete STM optimiert und eine Kalibrierungsprozedur entwickelt, die zu einer thermischen Genauigkeit in der Größenordnung von 0,2 K führt, so dass thermische Diffusionsmessungen mit hinreichender Präzision durchgeführt werden können. Höhenspektroskopie wurde ebenfalls weiterentwickelt, um die diffundierenden Spezies eindeutig zu identifizieren. Die mit diesen Mitteln durchgeführten Messungen zeigten, dass die Anwesenheit anderer Moleküle die Diffusion auf Cu(111) über die langreichweitige, durch Oberflächenelektronen vermittelte Wechselwirkung mit einer Phasenverschiebung zwischen thermischer und laser-induzierter Diffusion beeinflusst. Darüberhinausgehend gibt es einen kooperativen Effekt, so dass die Dreikörperwechselwirkung stärker als die Summe der entsprechenden Paarwechselwirkungen ist. Die Wellenlänge der Oszillation der Diffusionsbarriere hängt dabei von der lokalen CO-Bedeckung ab. Deutlich stärker als der Einfluss dieser langreichweitigen indirekten Wechselwirkung ist die direkte Wechselwirkung, die zur Bildung von CO-Dimeren führt. Insbesondere auf Ag(100) ist deren Diffusionsbarriere im Vergleich zu der des Monomers erheblich reduziert, da die Dimerisierung eine rotationsbasierte Fortbewegung erlaubt. Die Kombination von Rotation mit Diffusion sollte nicht nur für molekulare Dimere, sondern insbesondere für größere Moleküle relevant sein, die dadurch einen niedrigenergetischen Diffusionsweg finden können, der ihnen bei strikter Translation verwehrt ist. Diese Idee wurde für die Diffusion von Co-Phtalocyaninen, ebenfalls auf Ag(100), in Kombination mit ab initio Rechnungen bestätigt. Das Projekt hat gezeigt, dass die Diffusion unter für Katalyse wesentlichen Bedingungen hoher Bedeckungen durch eine Vielzahl von Wechselwirkungen verändert wird, so dass das Diffusionsverhalten der Produkte und Edukte kaum aus Einzelmolekülmessungen abgeleitet werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2018) Understanding the Enhancement of Surface Diffusivity by Dimerization. Physical review letters 121 (18) 185901
Zaum, C.; Morgenstern, K.
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Complex surface diffusion mechanisms of cobalt phthalocyanine molecules on Ag(100). J. Am. Chem. Soc. 137 (2015) 14920 - 14929
Grazyna Antczak, Wojciech Kamiński, Agata Sabik, Christopher Zaum, Karina Morgenstern
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Dependence of alloying and island composition on terrace width. Phys. Rev. B 92 (2015) 045422 - 1-6
Agnes Beichert, Christopher Zaum, Karina Morgenstern
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Differences between adiabatic and non-adiabatic diffusion. Phys. Rev. Lett. 114 (2015) 146104
Christopher Zaum, Kastur M. Meyer-auf-der-Heide, Michael Mehlhorn, Steve McDonough, William F. Schneider, Karina Morgenstern
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Nano Lett Experimental evidence for a three-body interaction between diffusing CO molecules. Nano Letters 16 (2016) 3001
Christopher Zaum, Karina Morgenstern
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Temperature calibration for diffusion experiments to sub-Kelvin precision. Rev. Sci. Instr. 87 (2016) 053902
Christopher Zaum, Cord Bertram, Kastur M. Meyer auf der Heide, Michael Mehlhorn, Karina Morgenstern
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Local modification of the surface state properties at dilute coverages: CO/Cu(111). Phys. Rev. B, 97, 155437 (2018)
Christopher Zaum, Kastur M. Meyer-auf-der-Heide, Karina Morgenstern
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Voltage dependent STM imaging of anorganic adsorbates. Appl. Phys. Lett. 113, 031602 (2018)
Christopher Zaum, Karina Morgenstern
