Metalldekoration von strukturierten Metalloxiden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Vorhaben hatte zunächst die Erzeugung und Untersuchung dünner Übergangsmetall- Oxide, in der Hauptsache Kobaltoxid, auf der unrekonstruierten Ir(100)-Oberfläche zum Ziel. In einem zweiten Schritt sollten dann solche Oxide lateral nanostrukturiert präpariert werden, wobei eine bereits entsprechend vorstrukturierte Iridiumoberfläche als Templat dienen sollte. In einem dritten Schritt sollten diese Oxide zur Herstellung von lateral nanostrukturierten Metalle mittels Metalldekoration verwendet werden. Bereits beim ersten Schritts ergaben sich große Überraschungen, die den weiteren Verlauf des Projekts bestimmen sollten. Die dünnen, epitaktisch auf Ir(100) aufgewachsenen Kobaltfilme zeigten abhängig von Dicke und Präparationsweise einen ungewöhnlichen Strukturreichtum, was im Gegensatz zum Volumenmaterial steht, das nur in 2 Phasen auftritt (Spinellphase Co3O4, Kochsalzstruktur CoO). Insgesamt traten 11 monophasige Kobaltoxide auf, von denen nur 2 den Volumenphasen ähneln und die daher vor dem zweiten o.g. Schritt untersucht werden mussten, um auf physikalisch sicherem Boden zu stehen. Zur Untersuchung wurde die atomar aufgelöste Raster-Tunnel-Mikroskopie (engl. STM) und die quantitativ auszuwertende Beugung langsamer Elektronen (engl. LEED) eingesetzt. Überraschend war zunächst, dass die volumenähnlichen Phasen mit atomaren Lagen in (111)-Orientierung aufwachsen, was bei ungestörten Lagen ein makroskopisches Dipolmoment aufbauen würde und daher nicht stattfinden sollte. Die strukturellen Analyse zeigen jedoch, dass in beiden Fällen an oder nahe der Oberfläche massive Strukturmodifikationen stattfinden, die die Ausbildung eines Dipolmoments verhindern und somit das Wachstum in (111)-Orientierung erlauben. Auch mit anderen Phasen, die sich im Bereich einer Monolagendicke mit unterschiedlicher Stöchiometrie oder durch Einbau einer Kobalt-Zwischenschicht zwischen Oxidlage und Iridiumsubstrat bilden, betraten wir Neuland. Die strukturelle Aufklärung der verschiedenen Phasen war aufgrund deren Zahl und Komplexität sehr aufwendig und hat zu 7 Veröffentlichungen geführt. Dünne Kobaltoxidfilme gehören damit zu den bestuntersuchten Übergangsmetalloxidfilmen. Im zweiten o.g. Schritt ist es gelungen, wie geplant lateral nanostrukturierte Oxide auf dem vorstrukturierten Iridiumsubstrat herzustellen und strukturell qualitativ zu charakterisieren. Dabei handelt es sich um echte Nanostrukturen mit einer Periode von 1,35nm. Überraschenderweise entwickelten sich oxidische Nanostrukturen auch auf glattem Iridiumsubstrat und zwar durch Selbstorganisation. Die Metalldekoration der Oxide durch Kobalt (3. Schritt) führte nur im Fall ultradünner Filme zu ersten Ergebnissen, dickere Filme zeigten sich durch Co nicht benetzbar. Experimente zur Dekoration der lateral nanostrukturierten Oxide konnten aus Zeitgründen nicht mehr durchgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- J. Phys.: Condens. Matter 20 (2008) 265011 (6pp), “Surface structure of polar Co3O4(111) films grown epitaxially on Ir(100)-(1×1)”
W. Meyer, K. Biedermann, M. Gubo, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 016103 (4 pp), “Coexistence of Rocksalt and Wurtzite Structure in Nanosized CoO Films”
W. Meyer, D. Hock, K. Biedermann, M. Gubo, S. Müller, L. Hammer, and K. Heinz
- J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 185003 (10pp), “Phases and phase transitions of hexagonal cobalt oxide films on Ir(100)-(1×1)”
K. Biedermann, M. Gubo, L. Hammer, K. Heinz
- J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 474211 (7pp), “Substoichiometric Cobalt-Oxide Monolayer on Ir(100)-(1×1)”
M. Gubo, C. Ebensperger, W. Meyer, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B 79 (2009) 1214- 03 (R) (4pp), “Superstructure in the Termination of CoO(111) Surfaces: Low.energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy”
W. Meyer, K. Biedermann, M. Gubo, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B 81 (2010) 2354- 05 (7pp), “Substrate-induced structural modulation of a CoO(111) bilayer on Ir(100)”
C. Ebensperger, M. Gubo, W. Meyer, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B, (9pp), “Structural elements in the oxidation process of a single cobalt layer on Ir(100)- (1x1)”
M. Gubo, C. Ebensperger, W. Meyer, L. Hammer, K. Heinz
