Kurzfassung
Mit den oberflächenphysikalischen Verfahren der Rastertunnelmikroskopie und
Rastertunnelspektroskopie wurden dünne Filme der Seltenerdmetalle Gadolinium und Terbium sowie
einer GdFe2 Legierung untersucht.
Dabei gliedert sich diese Arbeit in vier Hauptthemenbereiche.
Im ersten Teil werden Untersuchungen an streifenförmigen Phasen vorgestellt, welche
Gadolinium und Terbium im Bedeckungsbereich unterhalb einer Monolage auf W(110) bilden.
Die STM--Daten bestätigen frühere, auf der Basis von LEED--Untersuchungen aufgestellte
Strukturmodelle für diese Phasen, wogegen das Strukturmodell für die erste geschlossene
Monolage nicht bestätigt werden konnte. Daher wird ein alternatives Modell präsentiert.
Ferner wird ein Erklärungsansatz für die charakteristischen spektroskopischen
Signaturen der streifenförmigen Phasen vorgestellt.
Ausgehend von dem Dünnfilmwachstum der reinen Elemente werden
im zweiten Teil Untersuchungen zum Anfangsstadium des Wachstums von
Legierungen von Gadolinium und Eisen auf W(110) gezeigt.
Auf der Basis von LEED-- und STM--Daten konnten
Strukturmodelle für die ersten beiden Lagen einer GdFe2 Legierung
entwickelt werden.
Zu dickeren Filmen hin ändert sich die elektronische Struktur der Oberfläche
deutlich, was mit der Bildung der GdFe2 Volumenphase, die in den ersten beiden Lagen
noch nicht vorlag, interpretiert wird.
Im dritten Teil werden Ergebnisse zur Tunnelspektroskopie an den
Oberflächenzuständen der (0001)--Oberfläche von Gadolinium und Terbium vorgestellt.
Der Gadolinium--Oberflächenzustand ist als deutlicher Doppelpeak erkennbar, wogegen die
Austauschaufspaltung des Terbium--Oberflächenzustandes sehr viel geringer ist.
Aussagen aus der Literatur bezüglich des Terbium--Oberflächenzustandes
auf der Basis von Photoemissionsdaten konnten widerlegt werden.
Die aus der Photoemission bereits bekannte Unterdrückung des Oberflächenzustandes durch
Wasserstoffadsorption wird erstmalig mittels STM ortsaufgelöst demonstriert
und detailliert untersucht.
Dieses Verfahren wird weiterhin dazu genutzt, den
Oberflächenzustand filmdickenabhängig nachzuweisen und zu zeigen, daß dieser
ab der zweiten Monolage existiert. Die charakteristische Signatur der Wassertoffadsorption
wurde detailliert mittels STM und STS untersucht.
Ein Vergleich mit Photoemissionsmessungen legt die Notwendigkeit einer
Neuinterpretation der Daten aus der Literatur nahe.
Am Beispiel des Terbium--Oberflächenzustandes wird der Einflußvon hcp--Stapelwechselfehlern
auf die elektronische Signatur des Oberflächenzustandes gezeigt.
Im letzten Teil (Anhang) schneide ich noch eine grundsätzliche Fragestellung der
Rastertunnelmikroskopie an.
Dort stelle ich einen halbempirischen Ansatz
zur Bestimmung der Probenaustrittsarbeit mit dem Rastertunnelmikroskop mittels
Konstantstromspektroskopie im Feldemissionsbereich vor.
Hierzu wird die Tatsache ausgenutzt, daßdie energetische Position der ersten
Feldemissionsresonanz eng mit der Austrittsarbeit der Probe verknüpft ist.
Durch die zusätzliche
Berücksichtigung der energetischen Position der zweiten Feldemissionsresonanz
gelingt es, den störenden Einfluß der unbekannten Austrittsarbeit der Spitze soweit
zu eliminieren, daßeine Bestimmung der Probenaustrittsarbeit mit einer Genauigkeit
von pm 0.15 eV auf der Nanometerskala möglich ist.
: Thin films of the rare earth metals Gadolinium and Terbium and the initial stages of Gadolinium--Iron alloy formation on W(110) were investigated using scanning tunneling microscopy and scanning tunneling spectroscopy. The thesis covers four topics. In the first part, tunneling--microscopy results on the striped phases of Gadolinium and Terbium in the submonolayer coverage regime on W(110) are presented. Several of the existing structural models could be confirmed, but there is strong evidence that the model in the literature for the first closed layer of Gadolinium on W(110) is wrong. An alternative model as well as an explanation for the characteristic spectroscopic signatures of the striped phases are presented. Building on the results for the thin film growth of the pure components, the second part deals with the initial stages of growth of Gadolinium--Iron alloys on W(110). For the first two layers of GdFe2 detailed models have been developed on the basis of Low Energy Electron Diffraction-- and Scanning Tunneling Microscopy--data. It is found, that the crystallographic structure of the first two layers is different from the GdFe2 volume structure. The observation that the electronic structure of thicker films differs drastically from that of the first and second monolayers is interpreted in terms of the formation of 3--dimensional structures. In the third part tunneling spectroscopy data of the (0001)--surface states of Gadolinium and Terbium are presented. The Gadolinium surface state shows up as a distinct double peak, while the exchange splitting of the Terbium surface state at room temperature was found to be very small. Results in the literature from photoemission measurements on Terbium are shown to be incorrect. The suppression of surface states by adsorption of hydrogen is well known from photoemission experiments. Using Scanning Tunneling Microscopy and Scanning Tunneling Spectroscopy the characteristic signatures have been revealed on a nanometer scale. A detailed study of this effect has been carried out. This effect is used to investigate the existence of the surface state in dependency of the film thickness. It is shown, that the surface state exists from the second monolayer upwards on Gadolinium as well as on Terbium. Via STS a detailed investigation of the signature of hydrogen--adsorption is carried out. These data suggest a different interpretation for existing literature data obtained via Inverse Photoemision. The influence of hcp--stacking faults on the electronic signature of the Terbium--surface state in STS is presented. In the last part (appendix), first results for determining the microscopic local work function of the sample with an accuracy of pm 0.15 eV are presented. By exploiting the fact that the first field emission resonance is energetically closely tied to the sample work function constant current spectroscopy provides the desired information. The influence of the unknown work function of the tip can be eliminated by making use of the energy of the second field emission resonance. This leads to a method that can be used to determine the sample work function with the STM on a nanometer scale.