Tunnelspektroskopie und Photoemission bei tiefen Temperaturen an Edelgas-Modellsystemen und Nanostrukturen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen bei tiefen Temperaturen mit Rastertunnelmikroskopie (STM), Rastertunnelspektroskopie (STS) und Photoemission (UPS) an Xenon-Submonolagen auf den Substraten Graphit, Ag(111) und Au(111) sowie an Silberclustern auf Graphit vorgestellt.

Die Kombination von räumlich mittelnden UPS-Messungen mit der hohen Ortsauflösung der Rastersondenmethoden öffnet den Weg zu vielfältigen neuen Resultaten auf atomarer Skala: In Hinblick auf die geometrischen Eigenschaften stellen Edelgas-Monolagen ideale Modellsysteme für zweidimensionale Adsorbatphasen und deren Phasenübergänge dar. Am System Xenon auf Graphit konnten erstmals verkippte Domänenwände nachgewiesen und dynamische Eigenschaften der Xenon-Schicht gemessen werden. In Hinblick auf die Untersuchung elektronischer Eigenschaften wurde die laterale Wechselwirkung der adsorbierten Xenon-Atome anhand des STM-Signals im Konstantstrommodus diskutiert. Mittels STS- und UPS-Messungen wurde der Einfluss der Xenon-Monolage auf die Shockley-Oberflächenzustände (OFZ) der Ag(111)- und der Au(111)-Oberfläche untersucht. Am System Xe/Ag(111) konnte mittels dI/dV-Kennlinien und -Karten die Verschiebung des OFZ infolge der Xenon-Adsorption sowie seine effektive Masse bestimmt werden. Am System Xe/Au(111) wurde der eindimensionale Einschluss des OFZ in der Rekonstruktion der Au(111)-Oberfläche studiert.

Als Beispiel eines komplexen Systems wurde die elektronische Struktur einzelner Silbercluster auf Graphit mit STS untersucht. Die gemessenen Spektren zeigen eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Clustergröße, deren Ursache in der elektronischen Struktur der Cluster liegt. Mittels dI/dV-Karten konnte erstmals die räumliche Verteilung von Maxima im dI/dV-Signal einzelner Cluster gemessen werden.

Xenon submonolayers on the substrates graphite, Ag(111) and Au(111) and silver clusters on graphite have been studied using low-temperature scanning tunneling microscopy (STM), scanning tunneling spectroscopy (STS) and photoemission (UPS).

The combination of spatially averaged UPS measurements with the high spatial resolution of the scanning probe methods reveals a wealth of new results on the atomic scale: In view of the geometric properties rare gas monolayers provide ideal testing grounds for two-dimensional adsorbate phases and phase transitions. For the system xenon on graphite evidence for tilted domain walls was found for the first time and dynamic properties were measured. In the context of electronic properties the lateral interaction of the adsorbed xenon atoms has been discussed using the constant current STM signal.

The influence of the xenon monolayer on the Shockley surface states of the Ag(111) and Au(111) surfaces has been studied using STS and UPS. For Xe/Ag(111) the xenon-induced shift of the surface state and its effective mass was determined from dI/dV-curves and maps. For Xe/Au(111) the one-dimensional confinement of the surface state within the reconstruction of the Au(111) surface has been studied.

As an example for a more complex system the electronic structure of single silver clusters on graphite has been measured with STS. The spectra obtained show a distinct size dependence which can be attributed to the electronic structure of the clusters. The spatial distribution of peaks in the dI/dV-signal has been studied for the first time using dI/dV-maps of single clusters.