Instrumentierung für BESSY II und temperaturprogrammierte Desorption von CO, NO und Wasser von (100)-Einkristallspaltflächen der Metalloxide NiO und MgO

Abstract

Für das Spektromikroskop SMART wurde eine Präparationskammer und ein trotz seitlichen Zuges auf 2 mm stabiles Schwingungsdämpfungssystem zur Verfügung gestellt.

In Tandemaufstellung mit dem SMART bei BESSY wurde ein Spektrometersystem mit hochauflösendem Energieanalysator, Partial-Yield-Detektor, Fluoreszenzdetektor, Probenpräparation sowie Heliumkühlung aufgebaut.

XPS-Messungen an Tantal-Deponaten auf Al2O3/NiAl(110)-Filmen zeigen, dass, während dicke Filme oxidieren, Submonolagen inert sind.

Erstmalig wurde die temperaturprogrammierte Desorption (TPD, TDS) von CO, NO und H2O einschließlich der Multilagendesorptionen von UHV-gespaltenen MgO und NiO-Einkristallen untersucht. Dafür wurde eine UHV-Apparatur und eine Heizrampenregelung entwickelt.

Für die perfekte Oberfläche und kleine Bedeckungen ergeben sich, für NiO entgegen theoretischen Vorhersagen, folgende Desorptionsenergien:

CO

NO

H2O

MgO(100)

0.14 eV

0.22 eV

0.66 eV

NiO(100)

0.30 eV

0.57 eV

0.59 eV

Bezüglich der Desorptionen entspricht der NiO(100)/Ni(100)-Film der NiO- Einkristallspaltfläche. Bis 125 K wird eine CO-c(4x2) Überstruktur auf NiO(100) mit MCP-LEED beobachtet. Nur CO/NiO(100) zeigt eine Erniedrigung der Desorptionstemperatur mit steigender Bedeckung. Daraus wird auf eine substratinduzierte oder -vermittelte repulsive laterale Wechselwirkung des Adsorbats geschlossen.

Eine senkrechte Adsorptionsgeometrie wird für NO auf MgO(100) berechnet. Die Unterschiede zu NO/NiO(100) werden auf die fehlenden Mg-3d-Elektronen und damit des kovalenten Bindungsanteils zurückgeführt.

Wasser desorbiert bei beiden Substraten bei 197 K aus einer auch für NiO vorgeschlagenen Überstruktur.

For the spectromicroscope SMART, an independent preparation chamber and a vibration isolation system accurate to 2 mm in spite of lateral forces have been set up.

Placed in a row with the SMART at BESSY, a spectrometer system has been built. It contains a high-resolution energy analyser, a partial-yield- and a fluorescence detector, sample preparation tools and helium cooling.

XPS investigations on tantalum deposits on Al2O3/NiAl(110) thin films revealed that submonolayer deposits show no oxidation although thicker films do.

For the first time, temperature programmed desorption (TPD, TDS) of CO, NO, and H2O has been investigated including the respective multilayer desorptions on UHV-cleaved single crystal MgO and NiO-surfaces.

The following desorption energies can be assigned to the desorption from regular sites on the surface for small coverages, in the case of NiO contradicting the theoretical expectations:

CO

NO

H2O

MgO(100)

0.14 eV

0.22 eV

0.66 eV

NiO(100)

0.30 eV

0.57 eV

0.59 eV

With regard to these desorptions, the thin NiO(100)/Ni(100)-film is equivalent to the single crystal cleavage plane. Up to 125 K, a CO-c(4x2)-superstructure is measured by means of MCP-LEED. Only CO/NiO(100) shows a decrease of the desorption peak temperature with increasing coverage. Thus, a substrate- induced or substrate-mediated repulsive lateral interaction of the adsorbed CO is concluded.

An upright adsorption geometry is calculated for NO/MgO(100). The differences with respect to NO/NiO(100) are attributed to the lack of Mg-3d-electrons, though a covalent contribution to the binding is missing.

Water desorbs from both substrates at 197 K from a superstructure which is suggested for NiO, too.