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Nanostrukturen und Grenzflächen Vortrag: Mi., 18:20–18:40 M-V23
Photoelektronen Spektroskopie mit harter Röntgenstrahlung für chemisch
sensitive Strukturanalyse und Valenzbandspektroskopie
Jörg Zegenhagen 1 , Tien-Lin Lee 1 , Sebastian Thieß 1 , Christof Kunz 2 , Robert
L. Johnson 2
1 European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, France – 2 Institut für Experi-
mentalphysik, Universität Hamburg
Das Gebiet der Photoelektronen Spektroskopie (PS) mit harter Röntgenstrahlung (Hard
X-Ray Photoelectron Spektroscopie, HAXPES) ist durch die Verfügbarkeit von Synchrotronstrahlungsquellen
der dritten Generation zugänglich geworden. Man benötigt
eine brilliante Anregungsquelle, da die Wirkungsquerschnitte für die Elektronenanregung
annähernd mit der dritten Potenz der Photonenenergie abfallen. Ein zentraler
Vorteil der HAXPES Technik ist die große Ausdringtiefe von Elektronen hoher kinetischer
Energie. Mit Photoelektronen im 10 keV Energiebereich werden Informationstiefen
im 10 nm Bereich erreicht, ideal um die Stärken der PS auf heutzutage interessante
Nano-Strukturen anzuwenden. Zudem kann mit Röntgenmonochromatoren im
harten Röntgenbereich eine exzellente Energieauflösung erzielt werden (ca. 1 meV bei
15 keV). Jedoch ist es zur Zeit noch nicht erwiesen, dass eine entsprechende Auflösung
vom Elektronenspektrometer erzielt werden kann. (Kommerzielle Spektrometer erreichen
zur Zeit maximal 10 keV und eine Auflösung von 50-100 meV). Ein weiterer
Vorteil ergibt sich durch die Kombination von HAXPES mit Röntgeninterfrenzfeldern
(X-ray Standing Waves, XSW) wodurch atomare Strukturen element-spezifisch und
auch chemisch spezifisch (d.h. gemäß des Bindungszustandes der Atome eines Elementes)
abgebildet werden können. Der Stand des Gebietes ist zur Zeit am besten in Ref.
1 dokumentiert, den Proceedings des ersten HAXPES Workshops in Grenoble 2003.
Wir werden in unserem Beitrag über die Messung von Wirkungsquerschnitten von
schwach gebundenen Elektronenniveaus im harten Röntgenbereich bis ca. 15 keV berichten,
die wir mit einem kommerziellen Elektronenspektrometer (PHI 10-360) und
einer speziellen von uns konstruierten Retardierungslinse analysiert haben. Wir werden
weiterhin schildern wie die Kombination von HAXPES und XSW es erlaubt nachzuweisen,
dass ultra-dünne Schichten des Supraleiters YBa2Cu3O7 auf SrTiO3 in Form
von perowskitischen Cu(Y,Ba)-oxid Einheitszellen wachsen und welchen Atomen in der
SrTiO3 Einheitszelle die verschiedenen Regionen des SrTiO3 Valenzbandes zugeordnet
werden können.
Im Rahmen der laufenden BMBF Förderperiode ist inzwischen zusammen mit der
Industrie ein Spektrometer im Bau, das für die Spektroskopie im harten Röntgenbereich
optimiert ist.
[1] HAXPES 2003, proceedings of the workshop on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy,
ESRF, Grenoble September 11-12, 2003, Editors: Jörg Zegenhagen and Christof
Kunz; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, section A, Vol. 547, No.
1 (2005).