Rastertunnelmikroskopische Untersuchung elektroneninduzierter Prozesse von D2O auf fcc (111)-Metalloberflächen

Inhaltsverzeichnis

1 Die Rastertunnelmikroskopie

2 Grundlagen

2.1 Der Tunnelprozess

2.2 Messungen mit dem STM

2.3 Manipulationsmethoden

2.3.1 Laterale Manipulation

2.3.2 Vertikale Manipulation

2.3.3 Elektroneninduzierte Manipulation

3 Aufbau eines fs-Laser-LT-STM

3.1 Die UHV-Kammer

3.1.1 Die Präparationskammer

3.1.2 Die Ladekammer

3.1.3 Das Moleküleinlasssystem

3.1.4 Die STM-Kammer

3.1.5 Der Badkryostat

3.2 Der Kopf des STM

3.2.1 Schwingungsverhalten des STM

3.2.2 Die Probenträger

3.2.3 Die Messelektronik

3.3 Erste Messungen mit dem STM

3.4 Das Lasersystem

3.4.1 Der fs-Oszillator

3.4.2 Pulsverzögerung und Frequenzvervielfachung

3.4.3 Laserschutzmaßnahmen

3.5 Lasereinkopplung in das STM

3.5.1 Stabilität der Verbindung

3.5.2 Justage des Spots auf der Probe

3.6 Charakterisierung der STM-Spitzen

3.6.1 Platin-Iridium-Spitzen

3.6.2 Wolfram Spitzen

3.6.3 Qualität der Spitzen

4 STM-Messungen

4.1 Einführung

4.1.1 Wasser und schweres Wasser

4.1.2 fcc(111)-Oberflächen

4.2 Probenpräparation

4.2.1 Oberflächenpräparation

4.2.2 Präparation: D2O auf Ag(111) und Au(111)

4.3 D2O Bedeckung auf Ag(111) und Au(111)

4.4 Diffusion von D2O

4.4.1 Auf der Ag(111)-Oberfläche

4.4.2 Auf der Au(111)-Oberfläche

4.4.3 Direkte Abspaltung einzelner Moleküle

4.4.4 Indirekte Anregung der Diffusion in einer hcp-Domäne

4.5 dI/dV-Spektroskopie

4.5.1 Messung des Oberflächenzustandes von Au(111)

4.5.2 Messung des D2O-Spektrums auf Au(111)

5 Zusammenfassung

6 Ausblick

Zielsetzung und Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht athermische molekulare Prozesse, insbesondere Dissoziation, Diffusion und Desorption, an Metalloberflächen unter Einsatz eines Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops (LT-STM) in Kombination mit einem Femtosekunden-Lasersystem.

• Aufbau und Modifikation eines LT-STM zur Integration einer fs-Laser-Lichtquelle.
• Untersuchung der energie- und zeitaufgelösten Anregung molekularer Prozesse durch heiße Elektronen.
• Analyse des Diffusionsverhaltens von schwerem Wasser (D2O) auf Ag(111)- und Au(111)-Oberflächen.
• Untersuchung von Isotopeneffekten und energetischen Schwellenwerten bei Oberflächenreaktionen.
• Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit dem System H2O auf Cu(111).

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Die Rastertunnelmikroskopie: Einführung in die historische Entwicklung und die grundlegende Methodik der Rastertunnelmikroskopie in der Oberflächenphysik.

2 Grundlagen: Theoretische Erläuterung des quantenmechanischen Tunnelprozesses sowie Beschreibung der gängigen STM-Betriebsmodi und Manipulationsmethoden.

3 Aufbau eines fs-Laser-LT-STM: Detaillierte technische Beschreibung der UHV-Apparatur, des STM-Kopfes, des Lasersystems sowie der Strategien zur Schwingungsdämpfung und Lasereinkopplung.

4 STM-Messungen: Darstellung und Analyse der experimentellen Ergebnisse zur Adsorption und elektroneninduzierten Diffusion von D2O auf Ag(111)- und Au(111)-Oberflächen sowie spektroskopische Untersuchungen.

5 Zusammenfassung: Resümee des technischen Aufbaus sowie der wissenschaftlichen Ergebnisse der Untersuchung molekularer Prozesse unter Nutzung heißer Elektronen.

6 Ausblick: Diskussion potenzieller zukünftiger Untersuchungen zur Spezifität von Adsorptionsplätzen und zur Erweiterung der chemischen Analysen an Metalloberflächen.

Schlüsselwörter

Rastertunnelmikroskopie, LT-STM, fs-Laser, heiße Elektronen, Schweres Wasser, D2O, Ag(111), Au(111), Oberflächendiffusion, Adsorption, Elektroneninduzierte Manipulation, Molekulare Prozesse, UHV-Technik, Tunnelspektroskopie, Nanostrukturierung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung molekularer Prozesse an Metalloberflächen, wobei der Fokus auf der athermischen Auslösung von Dissoziation, Diffusion und Desorption durch Elektronen liegt.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Die zentralen Felder sind der technische Aufbau eines kombinierten fs-Laser-LT-STM-Systems sowie die experimentelle Untersuchung von Wasser- und D2O-Adsorbaten auf fcc(111)-Metalloberflächen.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es, die Anregungsbarrieren für molekulare Diffusionsprozesse bei tiefen Temperaturen zu bestimmen und den Einfluss von heißen Elektronen sowie die Ortsabhängigkeit dieser Prozesse zu analysieren.

Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?

Die Arbeit nutzt die Rastertunnelmikroskopie (STM) zur atomar aufgelösten Abbildung und Manipulation, ergänzt durch dI/dV-Spektroskopie zur Untersuchung elektronischer Zustände und Schwingungsmoden.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in eine detaillierte Beschreibung der experimentellen Apparatur (UHV-Kammer, STM-Kopf, Lasersystem) und eine umfassende Darstellung der Messungen an D2O auf Ag(111) und Au(111).

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Forschung?

Die Arbeit wird wesentlich durch Begriffe wie Rastertunnelmikroskopie, D2O, Oberflächendiffusion, fs-Laser und elektroneninduzierte Manipulation geprägt.

Wie wird das schwere Wasser (D2O) auf den Proben präpariert?

D2O wird unter Ultrahochvakuum-Bedingungen bei einer Probentemperatur von 17 K kontrolliert mittels eines Feindosierventils auf die Oberfläche aufgedampft.

Welche Besonderheit weist die Au(111)-Oberfläche in Bezug auf Adsorbate auf?

Auf Au(111) zeigen die Adsorbate eine bevorzugte Adsorption an den Ellenbogen der durch die Herringbone-Struktur bedingten Rekonstruktionslinien, im Gegensatz zur zufälligen Verteilung auf Ag(111).