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

5 Wachstum, Morphologie und Oxidationszustand von CeO x /Ru(0001)
weist die I(V)-Kurve bei einem Oxidationszustand von CeO 1,73 zwei ausgeprägte Maxima
A und C im niedrigen Energiebereich mit einer schwach ausgeprägten Schulter
E und zusätzlich einem sehr breiten und schwachen Peak F bei höheren Energien
auf. Der Intensitätsverlauf der I(V)-Kurve ändert sich systematisch für voll oxidiertes
CeO 2 . Die Form des Peaks C ändert sich und es erscheint eine neue Schulter D.
Weiterhin gewinnt E an Intensität und verschiebt zu leicht höheren Energien. Diese
Energieverschiebung kann auch für F beobachtet werden. Eine drastische Änderung
des Intensitätsverlaufs weist die I(V)-Kurve nach vollständiger Reduktion auf. Es
entsteht ein neues Maximum B, während Peak C stark an Intensität verliert und
die Schulter D vollständig verschwindet. Ebenso verliert E an Intensität und ist
nur noch als sehr schwacher breiter Peak auszumachen. Zusätzlich ist Peak F im
Wesentlichen verschwunden.
Der charakteristische Verlauf der I(V)-Kurven für reduziertes und voll oxidiertes
Ceroxid konnte in Zusammenarbeit mit E. E. Krasovskii [187] durch ab-initio Streutheorie
bestätigt werden. Dabei konnte auch gezeigt werden, dass es sich bei dem
vollständig reduzierten Ce 2 O 3 um die kubische Phase und nicht um hexagonales
Ce 2 O 3 handelt. Dies veranschaulicht noch einmal, dass die I(V)-Analyse im Gegensatz
zu spektroskopischen Methoden in der Lage ist, neben dem Oxidationszustand
auch die Kristallstruktur aufzuklären. Durch die reine Spektroskopie wäre dies nicht
möglich.
Mit der Korrelation zwischen I(V)-Kurven und Oxidationszustand des Ceroxids mit
Hilfe von RPES-Untersuchungen ist es jetzt möglich, allein durch die I(V)-Analyse
den lokalen Oxidationszustand von Ceroxid mit einer Auflösung von unter 10 nm
zu bestimmen. Abb. 5.15 (a) zeigt eine LEEM-Aufnahme von Ceroxid gewachsen
bei 850 ℃ Substrattemperatur und p O2 = 5 × 10 −7 Torr Sauerstoffhintergrunddruck.
In der Abbildung sind Bereiche von A-Typ (roter Punkt) und B-Typ (blauer
Punkt) Ceroxid-Rotationsdomänen und von der mit Sauerstoff bedeckten Ru(0001)-
Oberfläche (grüner Punkt) gekennzeichnet. Die Identifikation der unterschiedlichen
Ceroxid-Domänen fand dabei mit Hilfe von Dunkelfeld-LEEM-Aufnahmen (DF-
LEEM) statt. Aus den markierten Bereichen wurden zugehörige I(V)-Kurven extrahiert,
welche in Abb. 5.15 (b) mit identischen Farben dargestellt sind. Ein Vergleich
der I(V)-Kurven mit den Referenzkurven aus Abb. 5.14 offenbart, dass es sich bei
den Ceroxid-Inseln um nahezu voll oxidiertes CeO 2 handelt. Dies ist in sehr guter
Übereinstimmung mit den Ce4d-XPS-Untersuchungen aus Abschnitt 5.2.2. Dass die
charakteristischen Peaks der I(V)-Kurve teilweise eine geringere Breite aufweisen
und etwas schärfer erscheinen als bei den Referenzkurven, liegt möglicherweise an
einer etwas höheren Kristallinität der großen ausgedehnten Ceroxid-Inseln bei einer
erhöhten Wachstumstemperatur von 850 ℃ im Gegensatz zu der Mittelung über
viele kleine Ceroxid-Inseln bei einer Depositionstemperatur von 430 ℃ (vgl. auch
Abschnitt 5.2). Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass die I(V)-Kurven für A-
und B-Typ Ceroxid-Domänen identisch sind. Dies bedeutet, dass der Oxidationszustand
unabhängig von der azimutalen Ausrichtung der Ceroxid-Domänen relativ
zum Ruthenium-Substrat ist. Dies bedeutet, dass die atomare Ausrichtung zwischen
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