Einfluss der Substratrauigkeit auf das Benetzungsverhalten von Quantenflüssigkeiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In vielen Bereichen der Grundlagenforschung als auch in vielen Anwendungen moderner Technologien stellt Benetzung ein universelles physikalisches Konzept dar und erfährt wachsende Bedeutung. Um die Physik der Benetzung zu untersuchen und zu verstehen, bieten sich in erster Linie Systeme an, die aus einfachen Flüssigkeiten auf hochreinen Substraten bestehen - wie z.B. flüssiges Helium auf Alkalimetalloberflächen. Aus bisherigen Studien ist bekannt, dass die Beschaffenheit der Substratoberflächen ein wichtiger Parameter für die Benetzungseigenschaften ist. Diese Kenntnis spielt auch für das System 'flüssiges Helium auf Alkalimetalloberflächcen' eine entscheidende Rolle, jedoch existieren hierzu noch keine systematischen Untersuchungen. Zielsetzung des genehmigten Einzelantrages war es deswegen, ein detailliertes Verständnis zu gewinnen, wie die Oberflächeneigenschaften schwach-bindender Alkalimetalle das Benetzungsverhalten von flüssigen Heliumfilmen beeinflussen. Die Morphologie der Alkalimetalloberflächen sollte mittels in situ Rastertunnelmikroskopie auf Nanometerskala charakterisiert bzw. auch manipuliert werden, und der Einfluss verschiedenster Parameter auf die topographischen Eigenschaften untersucht werden. Für diese Studien wurde ein spezielles Rastensondenmikroskop (STM) entwickelt. Mittels optischer Methoden wurde das makroskopische Benetzungsverhalten untersucht. Frühere Benetzungsexperimente zeigten teilweise eine sehr unterschiedliche Dynamik in der Kontaktlinie von '4He-Tropfen oder -Filmfronten auf verschiedenen Cs-Oberflächen. Zusätzlich wurde ein memory-Efiekt beobachtet. Dieses Verhalten ließ auf die Existenz so genannter micro-puddles schließen. Dazu konnten weitere Untersuchungen vorgenommen werden und vor allem ein Modell erarbeitet werden, was das beobachtete Verhalten quantitativ beschreiben lässt. Eine weitere Zielstellung dieses Projekts war es, dass Aufwachsen im Monolagenbereich benetzender (3He) bzw. nichtbenetzender (4He) Heliumfilme auf Alkalimetalloberflächen (Cs) experimentell mit hoher Auflösung zugänglich zu machen und zu verstehen. Dazu wurde als Messmethode das Tunnelverhalten von Photoelektronen durch die Heliumfilme ausgenützt. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit einem erarbeiteten theoretischen Modell verglichen. Damit konnte sowohl der qualitative wie auch quantitative Zusammenhang zwischen verschiedenen experimentellen Situationen (Adsorbat, Druck, Temperatur, Tunnelbarriere usw.) und den gemessenen Tunnelströmen erklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Equilibrium helium films under the influence of surface roughness. J. Low Temp. Phys. 138, 355 (2005)
J. Klier, M. Zech, A. Fubel, P. Leiderer, and V. Shikin
- Wetting behaviour of liquid 4He on rough Cs-films: pinning, memory effect and micropuddles. Phys. Rev. B 72, 245410 (2005)
J. Klier, P. Leiderer, D. Reinelt, and A.F.G. Wyatt
- Analysis of roughness of Cs surfaces via evaluation of the autocorrelation function. Surface Science 601, 1684 (2007)
A. Fubel, M. Zech, P. Leiderer, J. Klier, and V. Shikin
- Electron tunneling through barriers of adjustable width: Role of the image potential and the wetting behaviour of Cs by He. Phys. Rev. B 78, 115113 (2008)
M. Zech, H. Bromberger, J. Klier, P. Leiderer, and A.F.G. Wyatt
- Electron tunnelling through a quantifiable barrier with variable width. J. Phys.: Conf. Ser. 150, 022098 (2009)
A.F.G. Wyatt, H. Bromberger, J. Klier, P. Leiderer, and M. Zech
