Raman-Spektroskopie metallischer Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Esser; Professor Dr. Simone Sanna
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525620352

Die Ramanspektroskopie ist eine weit verbreitete analytische Technik, u.a. im Bereich der Festkörperphysik. Eine große Vielzahl an Untersuchungen hat sich bis dato mit Ramanspektroskopie der optischen Phononen nichtmetallischer Stoffe befasst. Im Gegensatz dazu sind nur wenige Untersuchungen metallischer Systeme verfügbar. Metalle wie Cu, Ag und Au kristallisieren in einem primitiven Gitter mit einem Atom in der Basis und besitzen keine optischen Phononenmoden. Die Oberflächen dieser Metalle können dennoch auch optische Phononen aufweisen, die mit Ramanspektroskopie zugänglich sein sollten. Ihre Ramanstreuquerschnitte können erheblich erhöht werden, wenn man resonante Anregungen (mit Übergängen zwischen Oberflächenzuständen) verwendet, wie die Antragsteller vor Kurzem gezeigt haben. Eine kombinierte experimentelle und theoretische Untersuchung soll nun die zugrunde liegenden Streumechanismen erklären und zwar für unterschiedliche Metalle und Oberflächenorientierungen. Zudem sollen die Schwingungen von Oberflächenadsorbaten untersucht und die Möglichkeit eine Rückfaltung der Phononenzweige durch adsorbatinduzierte Oberstrukturen geprüft werden. Es werden metallische Adsobate verwendet, um die für katalytische Anwendung wichtigen optischen Resonanzen auf die so erzeugten Oberflächenlegierungen zu lokalisieren. Im Gegensatz zur herkömmlichen Ramanstreuung oder zur Surface Enhanced Raman Scattering (SERS), erlaubt SRRS die Erforschung von genau definierten, atomar glatten metallischen Oberflächen. Die resonante Verstärkung erfolgt über die elektronischen Oberflächenzustände anstelle der Plasmonen wie in SERS. SRRS hat somit ein neuartiges und großes Potential für hochauflösende Schwingungsspektroskopie metallischer Oberflächen. In einer vor Kurzem erschienenen Veröffentlichung konnten die Antragsteller zum ersten Mal die Ramanaktivität der Cu(110)-Oberfläche demonstrieren. Im Rahmen dieses Antrags sollen die Ramanaktivität unterschiedlicher Metalloberflächen sowie die zugrunde liegenden Streumechanismen untersucht werden. Die Streumechanismen werden mithilfe von komplementären Aufbauten auf der Technischen Universität Berlin (TUB) und auf der Johannes-Kepler-Universität in Linz, Österreich (JKU) untersucht. An der JKU werden die Experimente vor allem der (adsorbierten) Cu(110) gewidmet, während Substrate wie Ag und Au mit elektronischen Oberflächenresonanzen anderer Energien werden an der TUB untersucht. Zugehörige atomistische Rechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie und raffinierterer Ansätze werden an der Justus-Liebig-Universität in Gießen (JLU) durchgeführt. Die atomistische Beschreibung der untersuchten Systeme und ihrer Gitterdynamik soll die systemspezifischen Streumechanismen aufklären. Die Zusammenarbeit im Rahmen des deutsch-österreichischen Verbundprojektes ermöglicht es somit, die Grundlagen der SRRS an Metalloberflächen zu erforschen und mögliche Anwendungen in der Oberflächenanalytik und der Oberflächenkatalyse aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Peter Zeppenfeld