Aufklärung der Struktur und Absolutbedeckung des Adsorbates Wasser auf definierten NaCl(100)-Einkristallflächen
Final Report Abstract
Für die gesättigte erste Lage Wasser auf NaCl(100) waren - abhängig von der Untersuchungsmethode - zwei verschiedene Strukturen bekannt, eine (1x1)- und eine c(4x2)-Struktur. Erstgenannte wird erst durch Elektroneneinfluss (z.B. bei Beugung langsamer Elektronen, LEED) irreversibel in die c(4x2)-Struktur umgewandelt wird - die Methode induziert also erst das Ergebnis. Das vorliegende Projekt sollte einen unter vergleichbaren Bedingungen gewonnenen, konsistenten Datensatz für die erste Wasserlage auf NaCl(100)-Einkristallflächen liefern, die Absolutbedeckung und Struktur klären, sowie den Mechanismus der elektroneninduzierten Strukturumwandlung aufdecken. Die Experimente erwiesen sich als noch schwieriger durchzuführen, als ursprünglich bereits erwartet; insbesondere das gesteckte Ziel, die Absolutbedeckung zu klären, konnte nicht erreicht werden. Dies lag insbesondere daran, dass bislang keine Kalibrierung der Oberflächenbelegung mit Hilfe von XPS gelang. Aus den durchgeführten LEED-Experimenten konnten allerdings I(V)-Kurven gewonnen, analysiert und mit den Ergebnissen theoretisch arbeitender Gruppen verglichen werden; aus diesen Untersuchungen ergeben sich auch Indizien für eine geringere Bedeckung der c(4x2)- gegenüber der (1x1)-Struktur. Anhand der erzielten experimentellen LEED-Ergebnisse scheinen jetzt folgende Ergebnisse gesichert: 1) Ein merklicher Einfluss der Defektkonzentration des NaCl(100)-Substrats auf die Ausbildung der c(4×2) ist - zumindest an NaCl(100)-Einkristallspaltflächen - nicht zu beobachten. 2) Die dargestellten LEED-Ergebnisse belegen eindeutig den Einfluss des Elektronenbeschusses auf das Adsorbat. Ohne oder mit lediglich geringem Elektronenbeschuss liegt im Bereich der gesättigten 2D-Lage die (1×1)-Struktur vor. Diese konnte durch die hier gewählten mittleren oder hohen Elektronendosen nach hinreichender Wartezeit in die c(4×2) umgewandelt werden. 3) Damit wird auch klar, dass mit einer herkömmlichen LEED-Apparatur, wie sie z.B. von FÖLSCH et al. verwendet wurde, die (1×1)-Struktur nicht beobachtbar ist: Die dort eingesetzten Primärelektronenströme sind derart groß, dass die (1×1)-Struktur durch die LEED-Untersuchungen selbst instantan in die c(4×2)-Überstruktur umgewandelt wird. Mit einer MCP-LEED-Apparatur ist die Beobachtung der (1×1)-Struktur aber ohne weiteres möglich; gleichzeitig ist es an den hier als Substrat genutzten Einkristallspaltflächen wohl aber nicht möglich, c(4×2)-Überstrukturreflexe von der hohen Intensität zu erhalten, wie sie FÖLSCH et al. bei Energien von 10, 28 und 61 eV zeigen, da unterhalb von ca. 70 eV die Beugungsreflexe an NaCl-Spaltflächen in der Regel instabil werden. 4) Die „Umwandlung“ der (1×1)- in die c(4×2)-Struktur wird vermutlich durch elektronenstimulierte Desorption ausgelöst, was daraus geschlossen wird, dass die c(4×2)-Symmetrie auch im Bereich des Gittergases bzw. einer Submonolagenbedeckung reproduzierbar beobachtet werden konnte. Sie ist folglich wohl kaum einer Bedeckung > 1 bzw. einer "Bilage" zugehörig, wie von FÖLSCH et al vorgeschlagen und in einigen theoretischen Arbeiten diskutiert worden ist. Dieser experimentelle Befund legt sogar nahe, dass sie einer Bedeckung < 1 zugehörig ist.
Publications
- Reine und mit einfachen Molekülen bedeckte (100)-Oberflächen von Natriumfluorid, Natriumchlorid und Rubidiumchlorid: Untersuchungen mittels Beugung langsamer Elektronen (LEED) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIRS). Dissertation, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2013, Online-Recource.
S. Härtel
