Einfluss von Quanteneffekten auf die Zerfallskinetik von Nanostrukturen
Final Report Abstract
Ziel des Projekts war es, ein allgemeines Verständnis des Einflusses von Quanteneffekten auf die Kinetik nanoskaliger Strukturen zu gewinnen. Im Rahmen dieses Projektes wurden darum diverse Quanteneffekte abgebildet und systematisch untersucht. Dabei ist es unerwarteterweise erstmals gelungen, mit dem STM die lokale Abhängigkeit der Anregbarkeit von Phononen, d.h. kollektiven Gitterschwingungen, zu kartographieren. Des weiteren wurden Interferenzmuster auf reinen Silberoberflächen abgebildet und spektroskopiert, die durch Streuung der Elektronen zwischen der Oberfläche und im Festköper eingelagertem Argon und Neon entstehen. Die diesen Mustern zugrundeliegenden Quanteneffekte sind auf Änderungen des Oberflächenzustands zurückzuführen. Es wurde nicht nur gezeigt, dass dieser Zustand in der Nähe von Stufenkanten verändert wird, sondern auch, dass unterschiedliche Typen von Stufenkanten den Zustand unterschiedlich beeinflussen. Die Vermutung, dass dieser Unterschied im Streuverhalten vom Dipolmoment der Stufenkante beeinflusst wird, wurde durch die Untersuchung der Streuung von Oberflächenzustandselektronen an Molekülen mit Dipolmomenten unterschiedlicher Stärke und Ausrichtung bestätigt. Schließlich wurde in einer kinetischen Messung an CO-Molekülen auf Cu(111) gezeigt, dass dasselbe Streuverhalten die Diffusivität der Moleküle oszillatorisch verändert. Nach diesen grundlegenden Untersuchungen zu Diffusion und Zerfall von Inseln auf Ag(100) wurde das heteroepitaktische System Cu/Ag(100) sowohl hinsichtlich seiner elektronischen Struktur als auch seiner Kinetik untersucht. Nicht nur Diffusion und Inselzerfall, sondern auch die elektronische Struktur der Inseln zeigen dabei ein anormales Verhalten für Inseln, die kleiner als 7 nm2 sind. Mithilfe von DFT Rechnungen konnte gezeigt werden, dass dies an einer gitterfehlanpassungsinduzierten Entmischung, Restrukturierung und Verdichtung der Inseln liegt. Auch die durch die Austauschdiffusion getriebene Legierungsbildung in diesem System zeigt eine unerwartete Abhängigkeit von der Terrassenbreite, die mit hoher Wahrscheinlichkeit elektronischen Ursprungs ist und mit der Entvölkerung des Oberflächenzustands bei kleinen Terrassenbreiten korreliert. Mit den Messungen wurde ein Beitrag zum fundamentalen Verständnis des Verhaltens nanoskaliger Materialien geleistet.
Publications
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Real-space imaging of inelastic Friedel-like surface oscillations emerging from molecular adsorbates. Nano Lett. 11 (2011) 2720
H. Gawronski, J. Fransson, K. Morgenstern
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Spatial variation of the surface state onset close to three types of surface steps on Ag(lll) studied by scanning tunneling spectroscopy. New J. Phys. 13 (2011) 033034
S. Heidorn, K. Morgenstern
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Ehrlich-Schwoebel barrier and interface-limited decay in island kinetics on Ag(100). Phys. Rev. B B 85 (2012) 045417
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