FU Berlin Digitale Dissertation
Steffen Renisch : Zur Diffusion adsorbierter Teilchen auf Einkristalloberflaechen: Dynamische Untersuchungen mit dem Rastertunnelmikroskop On the Diffusion of adsorbed Particles on Single Crystal Surfaces: Dynamical investigations with the Scanning Tunneling Microscope
|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Diffusion von adsorbierten Teilchen auf Einkristalloberflächen, die mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht und quantitativ analysiert wird. Am Beispiel der Auswertung der atomaren Bewegung von Sauerstoffatomen auf Ru(0001) wird demonstriert, wie der Übergang von der mikroskopischen zur makroskopischen Beschreibung der Diffusion experimentell nachvollzogen werden kann. Eine computergestützte Bildauswertung gestattet dabei die statistische Auswertung langer Sequenzen von mehreren Tausend atomaren Konfigurationen, die mit einem schnellen STM-System, welches Bildraten von bis zu 20 Bildern pro Sekunde liefert, aufgenommen wurden. Damit wird einerseits die Sprungrate isolierter Sauerstoffatome auf dieser Fläche bei Raumtemperatur sowie deren Veränderung durch Wechselwirkung mit anderen O-Atomen über eine Entfernung von bis zu 3 Gitterkonstanten gemessen; daraus kann das Paarwechselwirkungspotential ermittelt werden. Andererseits ist es möglich, durch Analyse der Teilchenzahlfluktuationen die chemischen Diffusionskoeffizienten bei verschiedenen Bedeckungen zu bestimmen. Die experimentell gefundenen Diffusionskoeffizienten stehen im Einklang mit den Sprungraten unter Berücksichtigung des Wechselwirkungspotentials. Daneben wird über temperaturvariable Messungen zur Schwefeldiffusion unter Koadsorbatsystem von CO auf Pt(111) berichtet. Für die Diffusion von Schwefel findet man eine Aktivierungsenergie von 550 meV. Koadsorption von CO läßt die Aktivierungsenergie unbeeinflußt, jedoch erhöht sich der Vorfaktor um 2 Größenordnungen bei Koadsorption einer halben Monolage CO. Verschiedene physikalische Modelle für dieses Verhalten werden diskutiert.

Inhaltsverzeichnis Die gesamte Dissertation können Sie als gezippten tar-File oder als zip-File laden. Durch Anklicken der Kapitelüberschriften können Sie das Kapitel in PDF-Format laden: 1 Einleitung ..... 1 2 Grundlagen zur Theorie der Diffusion ..... 5 2.1 Phänomenologische Theorie ..... 5 2.2 Mikroskopische Theorie ..... 7 3 Wechselwirkungen von atomarem Sauerstoff auf Ru(0001) ..... 11 3.1 Einführung ..... 12 3.1.1 Allgemeines ..... 12 3.1.2 Zum System O/Ru(0001) ..... 14 3.2 Experimenteller Aufbau und Datenverarbeitung ..... 16 3.2.1 Experimenteller Aufbau ..... 18 3.2.2 Verarbeitung der Bilddaten ..... 24 Ermittlung der Atompositionen ..... 25 Zuordnung der Atome in aufeinanderfolgenden Bildern ..... 29 3.3 Bewegung isolierter Adsorbatteilchen ..... 31 3.4 Bewegung von Adsorbatteilchen unter dem Einfluß benachbarter Adsorbatteilchen ..... 39 3.4.1 Ein kinetisches Modell für die Bewegung von Teilchenpaaren ..... 39 Bewegung isolierter Teilchen ..... 40 Bewegung zweier nicht wechselwirkender Teilchen ..... 42 Die Bewegung zweier wechselwirkender Teilchen ..... 43 3.4.2 Messungen zur Paarbewegung ..... 45 3.4.3 Diskussion der Daten ..... 47 3.5 Analyse von Ensemble-Bewegungen: Teilchenzahl-Fluktuationen ..... 59 3.5.1 Theoretische Grundlagen der Bestimmung von D über die Teilchenzahlkorrelationsfunktion ..... 59 Die Teilchenzahlkorrelationsfunktion ..... 60 Die Bedeckungsabhängigkeit von D ..... 61 3.5.2 Experimentelle Teilchenzahlkorrelationsfunktionen bei geringen Bedeckungen ..... 64 3.5.3 Der Einfluß diskreter Gitterplätze ..... 67 3.5.4 Der Einfluß der Driftbewegung der Piezokeramiken ..... 71 3.5.5 Experimentelle Teilchenzahlfluktuationen bei höheren Bedeckungen ..... 74 3.5.6 Der ,,thermodynamische Faktor`` ..... 78 3.6 Analyse von Ensemble-Bewegungen: Auswertung der Teilchentrajektorien ..... 81 3.7 Zusammenfassung ..... 85 4 Diffusion von Schwefel auf Pt(111) unter Koadsorption von CO ..... 87 4.1 Einführung ..... 87 4.2 Experimentelles ..... 88 4.2.1 Zum System CO/Pt(111) ..... 88 4.2.2 Zum System S/Pt(111) und zur Koadsorption mit CO ..... 90 4.2.3 Der verwendete experimentelle Aufbau ..... 91 4.2.4 Die Präparation der Probe ..... 92 4.3 Messung der Diffusion von S auf Pt(111) bei Koadsorption von CO ..... 94 4.3.1 Die Abbildung von S und CO auf Pt(111) im STM ..... 94 4.3.2 Die Messungen zur Diffusion ..... 101 4.4 Diskussion der Ergebnisse der Diffusionsmessungen ..... 106 4.4.1 Zur Theorie des Übergangszustandes ..... 107 4.4.2 Diskussion der experimentellen Daten ..... 109 Die Beiträge der einzelnen Freiheitsgrade zur Zustandssumme ..... 110 4.4.3 Vergleich mit dem System O/W(110) ..... 113 4.4.4 Diskussion im Hinblick auf den Kompensationseffekt ..... 114 4.4.5 Physikalische Modelle ..... 117 4.5 Experimente zum Mischungsverhalten des Koadsorbatsystems S/CO/Pt(111) ..... 120 4.5.1 Das Mischungsverhalten des Systems N/O/Ru(0001) ..... 120 4.5.2 Motivation für die weiteren Experimente ..... 124 4.5.3 Experimente zum Phasenverhalten des Systems S/CO/Pt(111) ..... 125 4.6 Zusammenfassung ..... 131 5 Zusammenfassung ..... 133 Anhang ..... 137 A Zur Beschreibung der stochastischen Bewegung von Adsorbatteilchen im Formalismus der Master--Gleichungen ..... 137 A.1 Die Weitenverteilungsfunktion für einen ,,Random Walk`` auf einem hexagonalen Gitter ..... 137 A.2 Die Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Fall des isolierten Teilchens bei Annahme von Einzelsprüngen ..... 141 A.3 Die Master--Gleichung für die Bewegung zweier nicht wechselwirkender Teilchen ..... 142 A.4 Die Master--Gleichung für die Paar-Relativbewegung ..... 143 A.5 Die mittlere Aufenthaltsdauer auf einem Adsorptionsplatz im Modell der Master-Gleichungen ..... 145 A.6 Die Sprungraten bei Sprüngen über einen Zwischenplatz ..... 146 B Verwendete Abkürzungen und Symbole ..... 149

Ergänzende Angaben:
Online-Adresse:	http://www.diss.fu-berlin.de/1999/52/index.html
Sprache:	Deutsch
Keywords:	diffusion adsobate interaction jump frequency residence time
DNB-Sachgruppe:	30 Chemie
Klassifikation PACS:	68.35.Fx, 82.65.Dp
Datum der Disputation:	12-Jul-99
Entstanden am:	Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter:	Prof. G. Ertl
Zweiter Gutachter:	Prof. J. Manz
Kontakt (Verfasser):	renisch@fhi-berlin.mpg.de
Kontakt (Betreuer):	schuster_r@fhi-berlin.mpg.de
Abgabedatum:	24-Aug-99
Freigabedatum:	31-Aug-99

 

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