Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3536
Kröger, Jörg Peter
Adsorbatschwingungen und Substatoberflächenphononen der wasserstoff- und sauerstoffbedeckten (110)-Oberfläche von Molybdän
123 S., 1998

Die Adsorbatsysteme H/Mo(110) und O/Mo(110) wurden mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie vor allem hinsichtlich adsorbatinduzierter Anomalien der Oberflächenphononen des Substrats untersucht.

Die reine Oberfläche weist in spekularer Streugeometrie einen Verlust bei 225 cm-1 auf. Dieser ist auf eine dipolaktive Oberflächenresonanz zurückzuführen. Der atomar adsorbierte Wasserstoff zeigt mit steigender Bedeckung auf Mo(110) bei 110 K drei geordnete Überstrukturen: bei 0,5 ML liegt die (2x2)2H-Phase vor, die bei 0,75 ML zur (2x2)3H-Phase wechselt (bislang wurde die zuerst genannte Überstruktur als einzige (2x2)-Phase in der Literatur angenommen); schließlich entsteht nach 1 ML H-Bedeckung die gesättigte (1x1)H-Struktur. Der Adsorptionsplatz ist für sämtliche Bedeckungen der dreifach koordinierte Lochplatz. Die letztere Adsorptionsphase zeigt in den spekularen Spektren einen Verlust, der eine Fano-Linienform aufweist: diese asymmetrische Linienform der parallel polarisierten H-Schwingungsmode entsteht durch nichtadiabatische Kopplung der diskreten Vibrationsmode mit dem elektronischen Kontinuum des Substrats. Darüberhinaus klärt das spekulare Spektrum dieser Adsorptionsschicht eine bis dato ungeklärte Frage: das bei der wasserstoffgesättigten W(110)-Oberfläche beobachtete spekulare Verlustkontinuum steht nicht im Zusammenhang mit den dort ebenfalls auftretenden Phononanomalien. Für alle Oberflächen, also die reine, die (2x2)2H, (2x2)3H und die gesättigte (1x1)H, wurde die Dispersion von Oberflächenphononen des Substrats, der Rayleigh-Welle und der longitudinalen Mode, entlang der Symmetrierichtungen der Oberflächen-Brillouin-Zone aufgenommen. Das auffälligste Ergebnis liefert die gesättigte Oberfläche, bei welcher sowohl die Rayleigh-Welle wie auch die longitudinale Mode eine anomale Frequenzabsenkung aufweisen; dies geschieht bei den Wellenvektoren »0,9 Å-1 entlang [001] und »1,2 Å-1 entlang [1-12]. Hinsichtlich der Rayleigh-Welle ist dies ein aus der inelastischen Helium-Atom- Streuung bekanntes Resultat und wird gegenwärtig als gigantische Kohn-Anomalie aufgrund von quasi- eindimensionalem "Fermi-surface nesting" zwischen adsorbatinduzierten elektronischen Oberflächenzuständen gedeutet. Im Falle der Sauerstoff-Adsorption ergibt sich das folgende mit der Literatur übereinstimmende Adsorptionsverhalten: die anfängliche Bedeckung (<0,25 ML) findet ungeordnet in p(2x2)-Inseln statt, wobei die Adatome die lange Brücke besetzen. Bei 0,25 ML ordnet sich die Adsorbatschicht durch Anlassen der Probe zur p(2x2)O-Überstruktur, in welcher die meisten Adatome in der langen Brücke residieren, wobei an den Inselrändern der dreifach koordinierte Lochplatz bevorzugt wird. Nach höheren Bedeckungen (>0,25 ML) treten kompliziertere Überstrukturen auf, und es findet ein Adsorptionsplatzwechsel von der langen Brücke zum dreifach koordinierten Lochplatz statt. Daten der winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie für p(2x2)O/Mo(110) deuten auf ein quasi- eindimensionales "Fermi-surface nesting" hin, jedoch weisen die hier untersuchten Dispersionskurven der Rayleigh-Welle und der longitudinalen Mode keinerlei anomales Verhalten auf. Als Resultat muß man daher postulieren, daß die "nesting"-Bedingung allein lediglich notwendig nicht aber hinreichend für das Auftreten einer gigantischen Kohn-Anomalie ist; vielmehr müssen zusätzlich die Zustandsdichte der am "nesting" beteiligten Oberflächenzustände hinreichend groß und die Kopplung zwischen elektronischem und phononischem System stark genug sein.




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Letzte Änderung: 07.06.2022