Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

5 Wachstum, Morphologie und Oxidationszustand von CeO x /Ru(0001)
gegenüber den Ru(0001)-Reflexen nicht verdreht, die Reflexe zeigen also in identische
kristallographische Richtungen, entspricht dies einer p(1,41 × 1,41)- bzw. einer
p(1,46 × 1,46)-Überstruktur. Eine entsprechende p(1,4 × 1,4)-Struktur wurde bereits
für CeO 2 auf Ru(0001) berichtet [195, 199]. Auch für Übergangsmetalle wie
Rh(111) (a Rh(111)
S = 2,69 Å) oder Cu(111) (a Cu(111)
S = 2,55 Å) wurden schon entsprechende
p(1,4 × 1,4) [197] bzw. p(1,5 × 1,5) [192] Beugungsmuster beobachtet.
Für Ceroxid auf Cu(111) spekulierten Matolín et al., dass es sich um eine kommensurable
Überstruktur handelt, da 3a Cu(111)
S ≈ a CeO 2(111)
S entspricht. Sie blieben
jedoch einen experimentellen Beweis schuldig. Aufgrund der sehr hohen Auflösung
des SPELEEM-Instruments kann im Folgenden gezeigt werden, dass Ceroxid auf
Ru(0001) eine kommensurable Beziehung zum Substrat aufweist. Zunächst wird jedoch
der Einfluss der Wachstumstemperatur und des Oxidationszustands auf das
Beugungsbild untersucht.
Abb. 5.8 zeigt LEED-Aufnahmen (E kin = 60 eV) nach dem Wachstum von 3 ML Ceroxid
bei einer Substrattemperatur von 430 ℃ und einem Sauerstoffhintergrunddruck
von (a) p O2 = 1 × 10 −8 Torr und (b) p O2 = 5 × 10 −7 Torr. Die Präparationsbedingungen
für das Beugungsbild aus (a) führen dabei zu einem relativ geringen Oxidationszustand,
während (b) voll oxidiert ist (vgl. Abschnitt 5.2.2). Das zugehörige
Beugungsbild für den niedrigen Oxidationszustand weist deutlich eine p(1,4 × 1,4)-
Überstruktur auf und lediglich sehr schwache Ru(0001)-Beugungsreflexe. Dies weist
auf einen fast komplett geschlossenen Ceroxid-Film hin, welches in sehr gutem Einklang
mit den LEEM-Beobachtungen bei niedrigen Wachstumstemperaturen ist (vgl.
Abschnitt 5.2). Zusätzlich weist das Beugungsbild Ceroxid-Rotationsdomänen auf.
Für eine vereinfachende Diskussion wird im Folgenden von zwei Arten von Rotationsdomänen
gesprochen. A-Typ Ceroxid-Rotationsdomänen sind als Ceroxid-Domänen
mit einer azimutalen Ausrichtung definiert, die perfekt mit der azimutalen Ausrichtung
des Substrat-Kristallgitters übereinstimmt, wie durch die schwarze Linie
in Abb. 5.8 (a) dargestellt ist. B-Typ Ceroxid-Rotationsdomänen beinhalten dagegen
sämtliche Ceroxid-Domänen, die mit der azimutalen Substratausrichtung einen
nicht verschwindenden Winkel ϕ ≠ 0 einschließen, wie in Abb. 5.8 (b) veranschaulicht
ist. Die in Abb. 5.8 (a) zu beobachtenden B-Typ Ceroxid-Rotationsdomänen
sind bis zu einem Winkel von ±10 ° rotiert und führen zu der azimutal aufgeweiteten
Intensitätsverteilung. Die mittlere Rotation der B-Typ Domänen 〈ϕ〉 = 0 °
stimmt dabei mit der Substratausrichtung überein. Dies wird durch die schwarze
Linie in Abb. 5.8 (a) hervorgehoben, die in Richtung der Substratausrichtung zeigt.
Anhand der ersten Beugungsordnung, welche exemplarisch durch die innere weiße
Ellipse markiert ist, erscheint die Intensitätsverteilung der B-Typ Rotationsdomänen
zunächst gaußförmig. Die zweite Beugungsordnung, welche erneut durch die
äußere weiße Ellipse hervorgehoben ist, offenbart jedoch, dass es sich um diskrete
Beugungsreflexe handelt, die z. B. besonders gut an den Enden der Ellipse zu erkennen
sind. Dies deutet darauf hin, dass es sich um wohlgeordnete Ceroxid-Domänen
handelt, die unterschiedliche diskrete azimutale Orientierungen aufweisen.
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