Non-adiabatic Effects in the Oxidation of Alkali Metals
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| Krix_Diss.pdf | 02.03.2011 09:21:31 | 3,52 MB |
In dieser Arbeit werden nicht-adiabatische Effekte bei der Oxidation von Alkalimetalloberflächen untersucht. Hierzu wurden Dünnschicht-Schottkydioden auf der Basis von Siliziumsubstrat
hergestellt. Die so hergestellten Dioden dienten als Detektoren zur Messung von
durch niederenergetische Elektron-Loch-Paar-Anregungen induzierte Chemoströme. Das Chemostromkonzept
wurde mit einem Aufbau zur Detektion von hochangeregten Exoelektronen,
die im Verlauf der Reaktion freigesetzt werden, erweitert. Im Gegensatz zu vorhergehenden
Studien wurde festgestellt, dass die Chemoströme keiner einfachen Proportionalität zur Reaktionsrate
folgen. Bedeckungsabhängige Chemostrom- und Exoemissionseffizienzen müssen
angenommen werden um die zeitliche Entwicklung des Chemostroms und der Exoemission
korrekt wiederzugeben.
Die Experimente wurden größtenteils an mit flüssigem Stickstoff gekühlten Proben bei einer
Temperatur von 120K vorgenommen. Durch unabhängige Photoemissionsexperimente wurde
die Reaktionskinetik der Oxidation von Alkalimetallfilmen bei tiefen Temperaturen in einer
Sauerstoffatmosph¨are bei niedrigem Druck bestimmt. Die Struktur der O 1s Photoemissionsline
diente dazu die chemische Zusammensetzung der Oxidfilme zu bestimmen. Auf Lithiumund
Natriumfilmen adsorbieren beträchtliche Anteile des angebotenen Sauerstoff dissoziativ.
Bei den anderen Akalkimetallen wurde vorwiegend molekulare Adsorption als Peroxid und
Superoxid gefunden. Auf unbedeckten Kaliumoberflächen wurde eine direkte Adsorption von
Peroxidionen beobachtet. Bei höheren Bedeckungen wird die Reaktion durch die Diffusion
von Kaliumatomen durch den Oxidfilm dominiert und durch Superoxidadsorption bestimmt.
Valenzbandspektroskopie (UPS) untermauert die Interpretation der vorgestellten chemischen
Verschiebung der O 1s Linie, die durch XPS-Messungen bestimmt wurde. Die Chemostrom
und Exoemissionsdaten zeigen, dass die nicht-adiabatischen Effekte nicht auf die Dissoziation
von Sauerstoffmolekülen beschränkt sind. Der zweite Ladungstransfer O−2 → O2−2 generiert
tief liegende elektronische Anregungen, die als Chemostrom detektiert werden kännen. Gleichzeitig
führen allerdings Augerprozesse zur Emission von Exoelektronen. Ein Versatz zwischen
Chemostrom und Exoemission wurde beobachtet, welcher durch die niedrige Bandbreite der
Alkalimetalle erklärt wird. Bei einer ausreichenden Lebensdauer des injizierten Lochzustands
kann dieser unter die Bandkante des Metalls gedrückt werden, was die resonante Ionization
des Adsorbats (und damit den Chemostrom) unterdrückt. Die Exoemission dagegen ist hiervon
nicht betroffen. Die Oxidation der Oberfläche entkoppelt die Adsorbatzustände effektiv von
denen des Metalls. Dies führt zu einer verlängerten Lebensdauer der injizierten Lochzustände,
was eine erhöhte Nichtadiabatizität der Adsorption zur Folge hat.
Modelrechnung wurden unter Benutzung eines Newns-Anderson Hamiltonian durchgeführt
um nicht-adiabatische Anregungensspektren hervorgerufen durch die Adsorption eines Sauerstoffmoleküls auf einer K(100) Oberfläche zu beschreiben. Parameter für das zeitabhängige
Newns-Anderson Model wurden aus unabhängigen Dichtefunktionalrechnungen entnommen.
Ein großes Ungleichgewicht zwischen angeregten Löcher und Elektronen wurde gefunden. Diese
Ergebnisse zeigen, dass eine Beschreibung durch eine effektive Temperatur für die betrachteten
Systeme nicht angemessen ist.
Lesezeichen:
Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik » Experimentalphysik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Stichwörter:
chemicurrent, exoemission, non-adiabaticity, alkali metals, oxygen
Beitragende:
PD Dr. Nienhaus, Hermann [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Schleberger, Marika [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Beck, Rainer [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Kratzer, Peter [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Lorke, Axel [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Schleberger, Marika [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Beck, Rainer [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Kratzer, Peter [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Lorke, Axel [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
03.02.2011
Dokument erstellt am:
02.03.2011
Promotionsantrag am:
16.09.2010
Dateien geändert am:
02.03.2011
Medientyp:
Text
