dc.contributor.author
Gonchar, Anastasia
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:12:41Z
dc.date.available
2011-07-13T13:12:54.370Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11612
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-15810
dc.description.abstract
In this work, different paramagnetic species on single crystalline
MgO(001)/Mo(001) films are investigated by the means of electron paramagnetic
resonance (EPR). It is shown by EPR that with the growth of MgO films at 300 K
electrons trapped at grain boundaries of MgO domains appear, but disappear
after annealing the film to 1100 K due to the rearrangements of the film.
Subsequent electron bombardment of annealed films results in the appearance of
trapped electrons at screw dislocations of MgO films. Growing the film at
higher temperatures (600 K) leads to smaller amounts of line defects and
better ordering, yet results in the appearence of Mo$^{5+}$ ions on the
surface of MgO(001) films. As both the films grown at 300 K and the films
grown at 600 K exhibit imperfections, all experiments were performed and
compared for both types of films, to achieve preparation-independent results.
The EPR experiments have shown that paramagnetic surface color centers,
F$_\text{s}^{+}$, appear after deposition of small amounts of Mg at low
temperatures on MgO thin films, as well as after contact with hydrogen atoms.
The number of Mg-induced F$_\text{s}^{+}$ centers goes through a maximum with
increasing Mg coverage due to the formation of metallic Mg clusters, which was
confirmed by infrared (IR) spectroscopy using CO as a probe molecule. Another
aim of this thesis was to investigate oxygen radicals on the surface of MgO
films. Here, the first unambiguous proof for the spontaneous activation of
molecular oxygen forming an {$\text O_{2}^{-}$ radical upon adsorption on an
ultrathin MgO(001) film is provided. Further, these experiments have given the
first experimental evidence for the presence of the polaronic distortion
predicted by theory. It is shown by angular-dependent EPR experiments that the
$\text{O}^-$ centers produced by reaction of nitrous oxide with
F$_\text{s}^{+}$ centers are predominantly located on edges of MgO islands.
de
dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit wird Elektronenspinresonanz (ESR) Spektroskopie
verwandt, um eine Reihe paramagnetischer Defekte auf einkristallinen
MgO(001)-Filmen unter Ultrahochvakuumbedingungen zu untersuchen. Neben den
Punktedefekten, die das primäre Ziel dieser Arbeit darstellen, hat sich
gezeigt, dass die verwandten MgO-Filme, die in diesem Fall auf einer Mo(001)
Oberfläche gewachsen wurden, selbst auch über paramagnetische Zentren
verfügen. Filme, die bei Raumtemperatur gewachsen werden, zeigen ein
paramagnetisches Signal direkt nach der Präparation, das ungepaarten
Elektronen in den vorhandenen Korngrenzen des MgO-Films zugeordnet werden
kann. Beim Heizen auf 1100 K bei dem sich die langreichweitige Ordnung des
Films deutlich erhöht verschwindet dieses Signal. Beschießt man die
ausgeheizte Probe mit Elektronen (100 eV) so findet man erneut ein
paramagnetisches Signal im Volumen des Films, das man Elektronen zuordnen
kann, die in Schraubenversetzungen des Films lokalisiert sind. Wird der Film
bei höherer Temperaturen (600 K) gewachsen, entstehen weniger eindimensionale
Gitterfehler, so dass die oben beschriebenen Volumendefekte nicht auftreten.
Allerdings findet man auf den so präparierten Oberflächen Mo$^{5+}$-Ionen. Die
Untersuchung der verschiedenen Punktdefekte auf der MgO Oberfläche, die das
eigentliche Ziel dieser Arbeit sind, werden im speziellen durch die
Mo$^{5+}$-Ionen kompliziert, da diese redoxaktive Spezies sind und daher mit
den chemisch reaktiven Defekten interferieren könnten. Aus diesem Grund wurden
alle Untersuchungen auch an den bei Raumtemperatur präparierten Filmen
durchgeführt, die diese Komplikation nicht haben. Auf der anderen Seite wird
die detaillierte Analyse der Daten bei diesen Filmen durch die spektrale
Überlappung mit den Volumenzentren erschwert. Die EPR-Experimente haben
gezeigt, dass paramagnetische Farbzentren, F$_\text{s}^{+}$-Zentren, sowohl
nach dem Aufdampfen kleiner Mengen an Mg als auch bei dem Kontakt mit
Wasserstoff auf dünnen MgO-Filmen entstehen. Die Anzahl an Mg-induzierten
F$_\text{s}^{+}$-Zentren in Abhängigkeit der Mg-Bedeckung weist ein Maximum
auf, da bei höheren Mg-Bedeckungen Mg-Cluster gebildet werden. Letzteres wurde
mit Hilfe der Infrarotspektroskopie (IR-Spektroskopie), bei der CO als
Sondenmolekül verwandt wurde, nachgewiesen. Des Weiteren wurden
Sauerstoffradikale auf der MgO-Oberfläche untersucht. Es wird gezeigt, dass
bei der Adsorption von molekularem Sauerstoff auf ultradünnen MgO-Filmen,
deren Dicke unterhalb von etwa 10 Monolagen ist, $\text O_{2}^{-}$-Radikale
entstehen. Eine detaillierte Analyse der ESR Parameter - genauer der g-Matrix-
im Vergleich zu theoretischen Rechnungen liefert erste experimentelle Hinweise
für eine Stabilisierung dieses Radikals aufgrund von polaronischen
Verzerrungen, die von theoretischer Seite als wichtiger Grund für das
Vorhandensein dieses aktivierten Zustands angesehen wird. Daneben wurden durch
Reaktion von F$_\text{s}^{+}$-Zentren mit N$_2$O $\text{O}^-$-Zentren erzeugt.
Mit Hilfe winkelaufgelöster ESR-Experimente wird gezeigt, dass diese
$\text{O}^-$-Zentren bevorzugt Positionen zu finden sind, die entlang (100)
äquivalenter Richtungen orientiert sind. Dies entspricht exakt den Erwartungen
aufgrund der Historie dieser Zentren, da vorangegangene Untersuchen gezeigt
hatten, dass die F$_\text{s}^{+}$-Zentren, aus denen die $\text{O}^-$-Radikale
erzeugt wurden, an den Stufenkanten der MgO-Inseln lokalisiert sind.
de
dc.format.extent
III, 133 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Defect chemistry of single crystalline MgO(001) films
dc.contributor.contact
anastasia.gonchar@gmail.com
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hans-Joachim Freund
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Robert Bittl
dc.date.accepted
2011-07-05
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000023798-0
dc.title.translated
Defekte Chemie der einkristallinen MgO (001)-Filme
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000023798
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009726
dcterms.accessRights.dnb
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open access