Struktur und Wachstum metallischer Übergitter
Final Report Abstract
Das Vorhaben zielte ursprünglich darauf ab, auf einem Substrat metallische Übergitter, d.h. eine vertikale Abfolge von magnetischen und nichtmagnetischen Metallschichten zu erzeugen und deren Wachstum und Struktur mittels Rastertunnelmikroskopie und Elektronenbeugung zu untersuchen. Insbesondere sollte dabei auch die Rolle von gleichzeitig zugegebenem Wasserstoff als sog. oberflächenaktive Spezies beleuchtet werden. Als Substrat wurde eine hexagonal rekonstruierte Iridiumoberfläche gewählt, die selbst eine laterale Nanostrukturierung aufweist. Es zeigte sich sehr schnell, dass die Deposition der Übergangsmetalle Eisen, Kobalt oder Nickel zur Umstrukturierung des Iridiumsubstrats führt. Dabei bildet dieses ein Arrangement von atomar dünnen Iridiumdrähten auf einem sonst weitgehend glatten Iridiumkristall, zwischen denen sich zunächst deponierte Atome anordnen. Eine Enttäuschung war dabei die stark limitierte chemische Ordnung der sich bildenden Struktur. Um so überraschender war die Beobachtung, dass unter Anwesenheit von Wasserstoff sich eine praktisch ideale, lateral 5-fach periodische Anordnung von Iridiumdrähten ergab, die daraufhin als neues, bisher nicht bekanntes Templat eingesetzt wurde. Das ursprüngliche Interesse an vertikalen Übergittern führte so zur Untersuchung lateraler Übergitter. Deponierte Eisenatome bilden auf diesem Templat zunächst lineare, sandwichartige {FelrFe}-Ketten und, bei höherer Bedeckung, lateral geordnete Übergitter aus einer Abfolge von {Fe4lr}-Streifen (letzteres analog für Co und Ni). Aufgrund der verschiedenen Radien der beteiligten Atome bildet diese Anordnung lange Furchen, in denen sich Atome der nächsten Lage wiederum als Nanodrähte anordnen und bei weiterer Materialdeposition wieder zu einer geschlossenen Lage zusammenwachsen. Dies wiederholt sich beim weiteren vertikalen Wachstum, wobei die sich in jeder neuen Lage bildenden Nanodrähte immer breiter werden, bis sie schließlich in ein zweidimensionales Netzwerk übergehen. Eine weitere Überraschung deckt die Strukturbestimmung dieser Filme mittels Elektronenbeugung auf: Bei Filmdicken von 3-4 Lagen Nickel (2-3 Lagen Kobalt) bilden sich vertikale Keile, die in die Oberfläche eingesunken sind. Ihre Analyse zeigt, dass es sich dabei um spezielle Versetzungen handelt ("Lomer-Cotrell-Versetzungen"), die die durch die verschiedenen Gitterkonstanten von Nickel (bzw. Kobalt) und Iridium bedingte Spannung in den Filmen abbauen. Da ähnliches auch auf unrekonstruiertem Iridiumsubstrat passieren sollte, wurde dies experimentell und theoretisch (mittels Dichtefunktionaltheorie) untersucht. In der Tat entwickelt sich dort derselbe Typ von Versetzungen. Insgesamt zeigt das Projekt, dass die durch Wasserstoff induzierte spezielle laterale Nanostrukturierung von Iridium ein geeignetes Templat bildet, um sowohl laterale, geordnete Übergitter als auch Nanodrähte einstellbarer Dicke zu erzeugen.
Publications
- J. Phys.: Condens. Matter 14 (2002) 12353-12365, "Deep-going reconstruction of Ir(100)-5x1"
A. Schmidt, W. Meier, L. Hammer and K. Heinz
- Phys. Rev Lett. 91 (2003) 156101/1-4, "Hydrogen-induced self-organized nanostructuring of the Ir(100) surface"
L. Hammer, W. Meier. A. Klein, P. Landfried, A. Schmidt and K. Heinz
- Phys. Rev. B 67 (2003) 125422/1-9, "Submonolayer iron film growth on reconstructed Ir(100)-(5x1)"
L. Hammer, W. Meier, A. Schmidt, and K. Heinz
- Acta Physicae Superfic. VI (2004) 43-52, "Formation of nanostructures on Ir(100) by H-induced restructuring and decoration"
K. Heinz, L. Hammer, A. Klein, C. Giovanardi, A. Schmidt
- Europhys. Lett. 65 (2004) 830-836 . "Lateral nanoscale Fe-Ir superlattices on Ir(100)"
A. Klein, A. Schmidt, L. Hammer and K. Heinz
- Z. Phys. Chemie 218 (2004) 997-1010, "Hydrogen-Induced and Defect-Mediated Structural Transition (5x1)-hex- (5-x1)-H on Ir(100)"
K. Heinz and L. Hammer
- Phys. Rev. B 73 (2006) 075430/1-11, "Unusual adsorption site of hydrogen on the unreconstructed Ir(100) surface"
D. Lerch, A. Klein, A. Schmidt, S. Müller, L. Hammer, K. Heinz, M. Weinert
- Phys. Rev. B 74 (2006) 075426/1-9, "Complex adsorbate-substrate interplay of H on Ir(100)-(5x1)-hex: Density functional calculations"
D. Lerch, S. Müller, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B 74 (2006) 125413/1-8, "Spontaneous symmetry breaking of the Ir(100)-(5x1)-hex surface induced by hydrogen adsorption"
H.C. Poon, D.K. Saldin, D. Lerch, W. Meier, A. Schmidt, A. Klein, S. Müller, L Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B 76 (2007) 205418/1-9, "Pseudomorphic growth of Fe monolayers on Ir(001)-(1x): From a fct precursor to a bct film"
V. Martin, W. Meyer, C. Giovanardi, L. Hammer, K. Heinz, Z. Tian, D. Sander, J. Kirschner
- Phys. Rev. B 78 (2008) 045422/1-6, "Strain relief through stair rod dislocations in ultrathin epitaxial metal films: Defect geometry and energetics"
A. Klein, W. Meyer, A. Schmidt, B. Gumler, S. Müller, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B, "Transition Metal Superlattices and Epitaxial Films on Ir(100)-(5x1)-H"
C. Giovanardi, A. Klein, A. Schmidt, L. Hammer, K. Heinz
- Phys. Rev. B., "Adsorbate cluster-expansion for an arbitrary number of inequivalent sites"
D. Lerch, O. Wieckhorst, L. Hammer, K. Heinz, S. Müller
- Appl. Surf. Sci. 237 (2004) 519-527 "Nanowire formation without surface steps"
K. Heinz, L. Hammer, A. Klein and A. Schmidt
- Progr. Surf. Sci., "Nanostructure Formation on Ir(100)"
K. Heinz and L. Hammer
