Wolfgang Hoffmann, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1999 :
Es wurde der strukturelle Einfluß vizinaler Ru(0001)-Oberflächen auf die Desorptions- bzw. Adsorptionskinetik von Wasseradsorptionsstrukturen untersucht. Glatte Ru(0001)-Oberflächen zeigen als einzige ein unterschiedliches Ver-halten in den H2O- und D2O-Desorptionsspektren - bezeichnet als Isotopie-Effekt. In Übereinstimmung mit anderen Autoren wurden auf Ru(0001) die drei Desorptionszustände C, A2 und A1 (C, 155 K / A2, 190 K / A1, 212 K) beobachtet. Der Isotopie-Effekt für D2O auf Ru(0001) ist durch den fehlenden A1-Zustand gekennzeichnet. Zur Bestimmung der Kinetik von H2O und D2O wurden isotherme Desorptionsmessungen mittels Df durchgeführt. Weder für D2O noch für H2O konnte die Desorption des A2-Zustandes mit einer Kinetik erster Ordnung beschrieben werden. Speziell für den A2-Zustand des H2O wurde lediglich zu Beginn der Desorption eine Kinetik erster Ordnung beobachtet, gefolgt von einer starken Abweichung, die sich durch eine Avrami-Kinetik beschreiben läßt. Zum Vergleich wurden gestufte Rutheniumoberflächen herangezogen und Df- mit ergänzenden ARUPS-Messungen für H2O- und D2O-Adsorption durchgeführt. Ferner wurden LEED-Struktur-Rechnungen der reinen hcp(0001)-Oberflächen durch Verwendung eines Kugelwellenansatzes unter Bedingungen der Einfachstreutheorie durchgeführt. Im Experiment zeigen die gestuften Ru(0001)-Oberflächen eine Dreifachaufspaltung der Substratspots, hervorgerufen durch die alternierende Terrassenweite mit unterschiedlichen atomaren Anordnungen an den Stufen, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der durchgeführten Rechnungen. Betrachtet man die Adsorptionsphänomene der niedrig indiziert gestuften Oberflächen, so zeigen die Beugungsbilder keine geordneten Wasserstrukturen. Höher indizierte Oberflächen hingegen erlauben die Bildung geordneter Wasserüberstrukturen wie auf glatten Ru(0001)-Oberflächen beobachtet wurde.
The structural influence of vicinal Ru(0001) surfaces to water adsorption and desorption kinetics was investigated. Flat Ru(0001) surfaces show an unique behavior in the difference of H2O and D2O desorption spectra - referred to as the isotope effect. In accordance with other authors we observed on Ru(0001) three desorption peaks for H2O denoted as C, A2 and A1 (C, 155 K / A2, 190 K / A1, 212 K). The isotope effect for D2O on Ru(0001) is characterized by a missing A1 peak. Isothermal desorption measurements were performed using Df, in order to determine the different kinetics for H2O and D2O. Neither for D2O nor for H2O the desorption of the A2-state can be described by first order kinetics. Especially for the A2 peak of H2O we observed an initial range of first order kinetics followed by a strong deviation, which could be described by Avrami kinetics. Stepped Ru surfaces were used for comparison and Df measurements were complemented by ARUPS measurements of H2O and D2O adsorption. Further, we performed LEED structure calculations of the clean stepped hcp(0001)-surfaces using a spherical wave model approach and single scattering theory. In experiments the vicinal Ru(0001) surfaces show a triplet spot splitting due to the alternating step width with different atomic arrangements at the steps, in agreement with our calculations. Regarding the adsorption phenomena on low indexed stepped surfaces, the diffraction pattern do not show ordered structures of water molecules. Higher indexed surfaces allow to built ordered water super structures as observed for flat Ru(0001) surfaces.