SPP 1153: Clusters at Surfaces: Electron Structure and Magnetism
Final Report Abstract
Zahlreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen an isolierten Atomclustern und Nanopartikeln haben gezeigt, dass diese Systeme einzigartige, stark vom Festkörperverhalten abweichende Eigenschaften besitzen. Geometrische und elektronische Strukturen, der Magnetismus sowie chemische Reaktivitäten und optische Response sind auf der Nanometer-Skala durch Größeneffekte geprägt. Sollen diese neuartigen Eigenschaften technisch genutzt werden so ist es notwendig, die Systeme auf Oberflächen abzuscheiden oder in ein Medium einzubetten. Die Aufgabe des Schwerpunktprogramms 1153 bestand darin, das gekoppelte System Cluster plus Oberfläche/Medium experimentell und theoretisch zu untersuchen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat mit dem SPP 1153 die Forschung an diesen faszinierenden Objekten unterstützt und damit einen Anstoß gegeben, Arbeiten aus den bislang eher getrennten Communities „Oberflächenwissenschaften“ und „Clusterphysik“ synergetisch zu verknüpfen. Eine Herausforderung bestand darin, innerhalb der großen thematischen Breite des sich ergebenden neuen Forschungsfeldes einen Fokus zu identifizieren, der von großer Relevanz ist und doch mit den sehr begrenzten Fördermitteln sichtbar entwickelt werden kann. Hier fiel die Wahl auf Elektronenstruktur und Magnetismus, im Laufe der Zeit kamen Fragen der chemischen Reaktivität hinzu, da auch sie eng mit den elektronischen Eigenschaften verknüpft sind. Modernste Methoden wie Photoemissions-Elektronenspektroskopie (PEEM), Pump-Probe-Techniken mit Femtosekunden- Lasern, Cavity-Ring-Down Spektroskopie an Oberflächen, Raster- und andere Oberflächen-Analysemethoden wurden an aus Gasstrahlen deponierten Clustern eingesetzt. Ein besonderes Kennzeichen des SPP 1153 war, dass die komplexen Fragestellungen durch anspruchsvolle theoretische Arbeiten begleitet wurden und Impulse bekamen. Als Ergebnis lässt sich feststellen, dass mit der intensiven wissenschaftlichen Aktivität innerhalb der sechs Förderjahre des SPP ein tiefes Verständnis vieler Eigenschaften von Clustern auf Oberflächen erreicht wurde. Ultrareine definierte Festkörperoberflächen dienten als Modellsysteme um die Wechselwirkung von Clustern mit einer Umgebung zu studieren. Neue Technologien in der Erzeugung und Strahlführung von Nanoteilchen haben erstmals zu der Situation geführt, dass Proben mit exakt massenselektierten Clustern mit bis zu mehreren Hundert Atomen in ultrareiner Umgebung präpariert werden konnten. Mit den Studien konnte klar dargelegt werden, dass die geometrischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften in der Regel stark durch die Umgebung gegenüber den freien Systemen modifiziert werden. Dennoch behalten auch die in Wechselwirkung stehenden Nanosysteme sehr interessante Eigenschaften wie z.B. erhöhte magnetische Momente. Aus dem Schwerpunkt sind 38 Doktorarbeiten sowie eine Habilitation und ein Emmy- Noether-Stipendium hervorgegangen. Sechs Personen aus dem Bereich der Nachwuchswissenschaftler haben Professuren angenommen.
Publications
- Mass-filtered ferromagnetic alloy clusters on surfaces. Surface Science, Vol. 566–568. 2004, Part 1, pp. 332–336.
M. Getzlaff, A. Kleibert, R.P. Methling, J. Bansmann, K.H. Meiwes-Broer
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2004.05.064) - Single d-Metal Atoms on Fs and Fs+ Defects of MgO(001): A Theoretical Study across the Periodic Table. Journal of the American Chemical Society, Vol. 127. 2005, Issue 33, pp. 11652–11660.
K. M. Neyman, C. Inntam, A. V. Matveev, V. A. Nasluzov, N. Rösch
(See online at https://dx.doi.org/10.1021/ja052437i) - Surface-State Localization at Adatoms. Physical Review Letters, Vol. 94. 2005, Iss. 3, 036805.
L. Limot, E. Pehlke, J. Kroger, R. Berndt
(See online at https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.036805) - Clusters at Surfaces: Electronic Properties and Magnetism.
Applied Physics A, Vol. 82. 2006, Issue 1: Special Issue.
- Mass-filtered cobalt clusters in contact with epitaxially ordered metal surfaces. Applied Physics A, Vol. 82.2006, Issue 1, pp 73-79.
J. Bansmann, M. Getzlaff, F. Bulut, R.K. Gebhardt, A. Kleibert, K.H. Meiwes-Broer
(See online at https://dx.doi.org/10.1007/s00339-005-3342-x) - Morphology and electronic structure of gold clusters on graphite: scanning-tunneling techniques and photoemission. Progress in Surface Science, Vol. 81. 2006, Issues 2–3, pp. 53–111.
Heinz Hövel, Ingo Barke
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.progsurf.2006.01.002) - Nanoplatelets made from MoSg and WS2. Chemical Physics Letters, Vol. 418. 2006, Issues 1–3, pp. 36–39.
N. Bertram , J. Cordes, Y.D. Kim, G. Ganteför, S. Gemming, G. Seifert
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2005.10.046) - Mapping the femtosecond dynamics of supported clusters with nanometer Resolution. The European Physical Journal D, Vol. 45. 2007, Issue 3, pp 491-499.
M. Rohmer, F. Ghaleh, M. Aeschlimann, M. Bauer, H. Hövel
(See online at https://dx.doi.org/10.1140/epjd/e2007-00248-8) - Silver oligomer and single fullerene electronic properties revealed by a scanning tunnelling microscope. European Physical Journal D, Vol. 45. 2007, Issue 3, pp 465-469.
H. Jensen, J. Kroger, N. Neel, R.. Berndt
(See online at https://dx.doi.org/10.1140/epjd/e2007-00157-x) - Topical Issue: Atomic Clusters at Surfaces and in Thin Films.
European Physical Journal D, Vol. 45.2007, Issues 1-3.
(See online at https://dx.doi.org/10.1140/epjd/e2007-00321-4) - Cavity ring-down spectrometer for measuring the optical response of supported size-selected clusters and surface defects in ultrahigh vacuum. Journal of Applied Physics, Vol. 104. 2008, Issue 12, 124313.
A. Kartouzian, M. Thaemer, T. Soini, J. Peter, P. Pitschi, S. Gilb, U. Heiz
(See online at https://dx.doi.org/10.1063/1.3053179) - Electronic and transport properties of contacts between molybdenum sulfide nanowires and gold electrodes. Applied Physics Letters, Vol. 93.2008, Issue 8, 083115.
Popov, A. Pecchia, S. Okano, N. Ranjan, A. Di Carlo, and G. Seifert
(See online at https://dx.doi.org/10.1063/1.2976680) - Non-collinear magnetism of Cr nanostructures on Fe3ML/Cu(001): First-principles and experimental investigations Eur. EPL (Europhysics Letters), Vol. 81. 2008, Number 4, 47004.
S. Lounis, M. Reif, P. Mavropoulos, L. Glaser, P. H. Dederichs, M. Martins, S. Blügel, W. Wurth
(See online at https://dx.doi.org/10.1209/0295-5075/81/47004) - Magnetic ordering of nanocluster ensembles promoted by electronic substrate-mediated interaction: Ab initio and kinetic Monte Carlo studies. Physical Review B, Vol. 80. 2009, Iss. 16, 065408.
P. A. Ignatiev, N. N. Negulyaev, A. S. Smirnov, L. Niebergall, A. M. Saletsky, V. S. Stepanyuk
(See online at https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.80.165408) - Magnetism of FePt Surface Alloys. Physical Review Letters, Vol. 102. 2009, Iss. 6, 067207.
J. Honolka, T.-Y. Lee, K. Kuhnke, A. Enders, R. Skomski, S. Bornemaun, S. Mankovsky, J. Minar, J. Staunton, H. Ebert, M. Hessler, K. Fauth, G. Schütz, A. Buchsbaum, M. Schmid, P. Varga, K. Kern
(See online at https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.067207) - Modeling of the Deposition of Na Clusters on MgO(001).
Physical Review B, Vol. 80. 2009, Issue 19, 195404.
M. Bär, P. M. Dinh, L. V. Moskaleva, P.-G. Reinhard, N. Rösch, E. Suraud
(See online at https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.80.195404) - Cobalt nano-clusters on metal supported Xe monolayers: influence of the substrate on cluster formation kinetics and Magnetism.
Physical Review B, Vol. 81. 2010, Iss. 19, 195403.
V. Sessi, K. Kuhnke, J. Zhang, J. Honolka, K. Kern, A. Enders, P. Bencok, S. Bornemann, J. Minar, H. Ebert
(See online at https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.81.195403) - Photoelectron spectroscopy of cold aluminum cluster anions: Comparison with density functional theory results.
Journal of Chemical Physics, Vol. 132. 2010, Issue 10, 104303.
L. Ma, B. v. Issendorff, A. Aguado
(See online at https://dx.doi.org/10.1063/1.3352445) - Special Issue: Clusters at Surfaces (Wiley-Sonderband Clusters at Surfaces, als wissenschaftlicher Abschlussbericht). physica status solidi (b), Vol. 247. 2010, Issue 5.
(See online at https://dx.doi.org/10.1002/pssb.201090007) - Supported and embedded Fe nanoparticles: influence of the environment on shape and interface contributions to the magnetic anisotropy. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 211.2010, Number 1, 012017.
Kleibert, F. Bulut, W. Rosellen, K.H. Meiwes-Broer, J. Bansmann, M. Getzlaff
(See online at https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/211/1/012017)
