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Photoelektronenbeugungsuntersuchungen an Adsorbatsystemen
Terborg, Ralf
Die Struktur von Atomen und Molekülen auf Oberflächen kann mit Photoelektronenbeugung im scanned-energy mode bestimmt werden. Dazu wird die Intensität der Photoemission aus einem Rumpfniveau des Adsorbats winkelaufgelöst in Abhängigkeit von der Energie gemessen. Thema dieser Arbeit ist die Bestimmung der lokalen Adsorptionsgeometrie von verschiedenen Adsorbaten auf Nickel-, Kupfer- und Siliziumoberflächen mit Hilfe dieser Methode. Auf Ni{100} adsorbiert C bei niedriger Bedeckung (Theta=0.15) im Vierfachlochplatz ohne eine Umordnung der Substratatome hervorzurufen. Durch die C-Adsorption bei Sättigungsbedeckung (Theta=0.5) wird die (2 x 2)p4g-Rekonstruktion verursacht. Dabei adsorbieren die C-Atome in einer c(2 x 2)-Überstruktur in den Vierfachlochplätzen, und die nächsten Ni-Atome in der Oberflächenlage führen eine Drehung um die C-Atome aus. Da sich beim Übergang von der niedrigen zur hohen Bedeckung nur der Abstand der Ni-Ni-Nachbarn in der Oberflächenlage deutlich ändert, wird eine C-induzierte Ni-Ni-Abstoßung als Ursache für die Rekonstruktion angesehen. Ethen nimmt auf Ni{110} bei niedriger Bedeckung (Theta=0.2) niedrigsymmetrische Adsorptionsplätze nahe der sogenannten half-bridge-Position auf den <110>-"Rücken" ein, jedoch gibt es eine signifikante Verschiebung der Molekülzentren zur atop-Position. Die C-C-Achse ist näherungsweise parallel zur <110>-Achse ausgerichtet und etwa 10° zur Oberfläche geneigt. Für die Adsorption von CO auf Cu{210} bei Sättigungsbedeckung wurde ein atop-Platz und eine 1×1-Struktur gefunden. Das C-Atom adsorbiert auf dem Cu-Atom mit einer Bindungslänge von 1.87±0.02 Å und einem polaren Bindungswinkel zur Oberflächennormalen von 6±5°. Der C-O-Abstand hat einen Wert von 1.16±0.03 Å, der polare C-O-Winkel beträgt 18±6°. Die Bestimmung der lokalen Adsorptionsgeometrie von 2-Methyl-Pyridin auf Cu{110} bei einer Bedeckung von Theta=0.4 ergab, daß das Molekül mit dem N-Atom bindet, welches nahe der atop-Position lokalisiert ist. Die N-Cu-Bindungslänge beträgt 2.04±0.02 Å bei einem Neigungswinkel von 12±4° gegenüber der Oberflächennormalen. Die Molekülebene ist um 4±17° zur Oberflächennormalen geneigt und schließt mit der <110>-Richtung einen Winkel von etwa 32° ein. Das Molekül ist innerhalb der Ringebene um etwa 16° gedreht, so daß die Methylgruppe einen größeren Abstand zur Oberfläche hat. Ethin adsorbiert auf Si{100} mit der C-C-Achse parallel zu den Si-Si-Dimeren. Dabei befinden sich die C-Atome nahe der atop-Position. Der C-C-Abstand beträgt 1.36±0.19 Å und die Distanz der C-Atome zu den nächsten Si-Dimeratomen 1.83±0.04 Å. Der C-C-Si-Winkel beträgt 107±9°. Daraus folgt ein Si-Si-Dimerabstand von 2.44±0.58 Å, der belegt, daß durch die Adsorption die Si-Si-Dimere nicht aufgebrochen werden.
The structure of atoms and molecules on surfaces can be determined by scanned-energy mode photoelectron diffraction. This is performed by measuring the angle resolved photoemission intensity of an adsorbate core level as a function of energy. This method has been applied to determine the local adsorption geometry of different adsorbates on nickel, copper and silicon surfaces. At low coverage (Theta=0.15) C adsorbs on Ni{100} in the fourfold hollow site without causing a local reconstruction. At saturation coverage (Theta=0.5) the (2 x 2)p4g reconstruction is induced. This is a c(2 x 2) superstructure of the C atoms in fourfold hollow sites in which the nearest-neighbour Ni atoms in the surface layer perform a clockwise or counter clockwise rotation, which does not change the C-Ni bond length significantly. There is, however, a significant increase in the Ni-Ni nearest-neighbour distance in the top layer. This implies that an adsorbate-induced Ni-Ni repulsion is the driving force for the (2 x 2)p4g reconstruction. On Ni{110}, at low coverage (Theta=0.2), ethene occupies a low-symmetry adsorption site near the half-bridge position but significantly shifted towards the atop position. The C-C axis is aligned along the <110> ridges and is a significantly tilt with respect to the surface plane by about 10°. Neither island growth nor the adsorption of isolated molecules could be excluded by this study. For a saturation coverage of CO on Cu{210} an atop site and a (1×1) structure was found. The C atoms bond to the Cu atoms with a bond length of 1.87±0.02 Å and a polar angle, with respect to the surface normal, of 6±5°. The C-O bondlength is 1.16±0.03 Å and the molecular axis is tilted by 18±6°. 2-methyl-pyridine adsorbs on Cu{110} at a coverage of Theta=0.4 with the N atom in a near-atop position. The N-Cu bond length is 2.04±0.02 Å with a tilt angle to the surface normal of 12±4°. The molecular plane is tilted by 4±17° from the surface normal and is at an angle of about 32° to the <110> azimuth. The molecule is rotated in the molecular plane by about 16° such that the methyl group is moved away from the surface. Ethyne was found to adsorb on Si{100} with the C-C axis parallel to the Si-Si dimers and the C atoms near the atop position on the Si atoms. The C-C bond length is 1.36±0.19 Å and the distance of the C to the Si atoms is 1.83±0.04 Å. The value of the C-C-Si angle is 107±9 ° leading to a distance of 2.44±0.58 Å between the Si dimer atoms. This shows clearly that the Si-Si dimer stays intact upon adsorption.
