Christoph Zarnitz , Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2000
Schlagwörter: Rastertunnelmikroskopie, Rastertunnelspektroskopie, Manipulation, Spektroskopie, Wachstum, atomare Auflösung, dünne Schichten, Cluster, Adsorption, Mischfilme, Legierung, Laves-Phase, Eisen, Gadolinium, Seltenerdmetalle, Molekularstrahlepitaxie, kohlenstoffinduzierte Rekonstruktion, RTM, RTS
PACS:
In der vorliegenden Arbeit untersuche ich die Eigenschaften von Gadolinium und Eisen als Cluster, Inseln und Dünnschichtsysteme. Die Metalle wurden mittels Atomstrahlepitaxie auf einen W(110)- Kristall aufgebracht und mit Rastertunnelmikroskopie, Rastertunnelspektroskopie und niederenergetischer Elektronenbeugung im Ultrahochvakuum untersucht.
Im ersten Teil der Arbeit beschreibe ich den Einsatz des Rastertunnelmikroskops, um künstliche Strukturen aus Eisenatomen und -clustern zu schaffen. Dabei wird Eisen auf einer kohlenstoffhaltigen Wolframoberfläche bei Raumtemperatur verschoben. Diese Experimente zur sogenannten Manipulation von Atomen und Clustern sind technologisch interessant. Mit dem geschaffene, künstliche Strukturen könnten einmal das Speichermedium der Zukunft werden.
Die elektronische Struktur von Clustern - Anhäufungen aus wenigen Atomen - auf Metalloberflächen sind der Gegenstand der Messungen im zweiten Teil dieser Arbeit. Dabei untersuchte ich Eisencluster auf einer Gadolinium- Oberfläche sowie Gadolinium- Cluster auf einer Eisen- Oberfläche. Als Meßmethode wählte ich die Rastertunnelspektroskopie, welche den Zugang zu den elektronischen Eigenschaften selbst kleinster Cluster gewährt. Ist es möglich, die chemischen Eigenschaften der Cluster von denen der Unterlage zu unterscheiden? Dies ist die zentrale Fragestellung dieses Abschnitts.
Die Mischung der beiden magnetischen Materialien Gadolinium und Eisen ist Thema des dritten und letzten Teils der Arbeit. Die zuvor untersuchten Metalle werden nun nicht mehr getrennt aufgebracht, sondern durch gemeinsames Aufdampfen und Erwärmen zur Mischung gebracht. Die atomare Abbildung dieser Metallfilme gibt einen Einblick in die entstehenden Strukturen. Dabei helfen Messungen mit niederenergetischer Elektronenbeugung bei der Bestimmmung des atomaren Aufbaus.
This work deals with the properties of gadolinium and iron clusters, islands and thin films. The metals are evaporated on W(110) single crystal substrate by atomic beam evaporation within UHV. Scanning tunneling microscopy, -spectroscopy and low energy electron diffraction was used to characterize the materials.
First, I show how scanning tunneling microscopy is used to build up artifical structures on atomic scale. Iron is moved over carbon reconstructed tungsten surfaces at room temperature. These manipulation experiments are of great technological interest. Artifical structures built by a scanning tunneling microscope could work as a future memory device.
Clusters - groups of a few atoms - on metal surfaces are the topic of the second part of this work. Iron clusters supported by Gd/W(110) and gadolinium clusters supported by Fe/W(110) were invastigated by using STS to get information on electronic structure. ''Is it possible to get a chemical contrast between the clusters and the substrate?'' was the main question.
The alloying of magnetic materials like gadolinium and iron was the final topic of this work. Instead of subsequent evaporation, an intermixture of both materials was achieved by coevaporation and annealing. Atomically resolved images give insight into the atomic structure. These STM measurements were accompanied by low energy electron diffraction to get additional structural information.