Rastertunnelmikroskopische Untersuchungen der Adsorption von Sauerstoff und Gold auf der Rhenium (10-10)-Oberfläche

Abstract

Gold/Rhenium(10-10): In der vorgelegten Arbeit konnte die Existenz verschiedener (1xn)-Goldphasen auf der Rheniumoberfläche beginnend mit der (1x3)-Phase bei niedrigen Bedeckungen über eine (1x4)-, (1x5)- und (1x6)-Phase bei mittleren und einer (1x8)-Phase bei hohen Bedeckungen verifiziert und deren Struktur aufgeklärt werden. Für niedrige Bedeckungen unterhalb der Bildung der (1x3)-Phase konnte zudem durch RTM erstmals das Wachstum von pseudomorphen, rechteckigen und entlang der Hauptkristallachsen orientierten Bilageninseln nachgewiesen werden. Für Bedeckungen von 2 ML wurde die schon in früheren Arbeiten vermutete Bildung einer pseudomorphen Bilage bestätigt. Die danach auftretende (1x8)-Phase ist erstaunlich stabil, bis hin zu sehr hohen Bedeckungen von 64 ML. Weiterhin konnte ein schon in früheren Arbeiten beschriebener Alterungsprozess des Goldes auf der Oberfläche bestätigt werden. Mit der Zeit erfolgt sowohl durch attraktive Wechselwirkungen des Goldes als auch durch den von Kohlenmonoxid ausgeübten Spreitungsdruck ein Zusammenwachsen des Goldes auf der Oberfläche zu geschlossenen Bilagen- Arealen. Sauerstoff/Rhenium(10-10): Bezüglich der Sauerstoffphasen auf der Rhenium-oberfläche wurde für die c(2x4)-Phase ein bereits früher als plausibel vorgeschlagenes Strukturmodell bestätigt, bei welcher der Sauerstoff auf einem dreifachen hcp-artigen Adsorptionsplatz mit Cs-Symmetrie sitzt. Höhere Sauerstoffbedeckungen führen zu den bekannten (1x5)-, (1x4)- und (1x3)-Phasen. Unter Einbeziehung von Rechnungen von Kaghazchi und Jacob und mit Hilfe einer detaillierten Auswertung der RTM-Bilder ließ sich ein Bildungsprinzip ableiten, wonach alle Rekonstruktionen einem „double-missing-row“-Modell zu folgen scheinen. Vor allem während der Bildung der (1x5)-Phase, bei der erstmals eine massive Rekonstruktion der Rheniumoberfläche eintritt, erscheinen im Rastertunnelmikroskop mehrere Atome große kugelförmige Aggregate, die möglicherweise mit der Bildung von Rheniumoxiden in Zusammenhang stehen. Gold/Sauerstoff/Rhenium(10-10): Für Gold, das auf eine mit der (1x3)-Sauerstoff-Sättigungsphase bedeckte Rheniumoberfläche aufgebracht wurde, zeigt sich schon bei niedrigen Bedeckungen ein clusterartiges Volmer-Weber-Wachstum. Dieser Wachstumsmodus setzt sich bei Raumtemperatur zu höheren Bedeckungen hin derart fort, dass die Oberfläche nunmehr von großen Clustern übersät ist, die jedoch nicht koagulieren. Tempern setzt dagegen massive Gold-Diffusion in Gang, und es bilden sich entlang der [1-210]-Richtung längere Goldzylinder mit elliptischem Querschnitt. Adsorption von Gold auf der mit weniger Sauerstoff bedeckten Rheniumoberfläche führt bei niedrigem Goldangebot zunächst zum Wachstum von schmalen Goldketten, die bevorzugt an Stufenkanten orientiert sind und diese regelrecht dekorieren. Erst bei deutlich höheren Goldbedeckungen kommt es neben der Aggregation vereinzelter größerer Goldcluster zur Bildung von (1x3)-Phasenarealen.

Gold/Rhenium(10-10): In the presented work different (1xn)-gold phases on the rhenium surface were confirmed. With increasing coverage, a (1x3)-phase is followed by (1x4)-, (1x5)- and (1x6)-phases at medium coverage, until at exact one bilayer a pseudomorphic (1x1) phase forms. Our STM studies show that this phase exists only within a narrow coverage range; as soon as the Au coverage exceeds the bilayer concentration, a (1x8) structure forms and surprisingly persists up to Au coverages of ~ 32 bilayers. All phases were resolved in real space by careful STM experiments. In the very low coverage regime individual separated pseudomorphic (1x1) bilayer islands of rectangular shape form that are aligned to the main Re crystal axes. Another previously assumed and discussed phenomenon could be confirmed and disentangled by directly tracking time-dependent Au diffusion and aging effects by means of STM. Responsible for the coalescence of the Au atoms to closed bilayer islands are lateral Au – Au interactions and gradually co-adsorbing CO molecules which exert a two- dimensional spreading pressure. Oxygen/Rhenium(10-10): For most oxygen phases previously reported the real-space structure could be resolved for the first time here. For the initial oxygen-induced c(2x4)-phase a previously proposed structure model could be proven, in which the oxygen atom is located in a threefold hcp-like site with Cs-symmetry. Higher oxygen coverages lead to the known (1x5)-, (1x4)- and (1x3) LEED phases. Taking into account recent calculations by Kaghazchi and Jacob and scrutinizing the details of the STM images we succeeded in analyzing the reconstruction as being of the double- missing-row type. Especially during the formation of the (1x5)-phase, where a massive reconstruction of the rhenium surface sets in for the first time, globule aggregates of regular spherical shape appear inside the furrows of the reconstructed surface which potentially could be connected with the formation of rhenium oxide complexes. Gold/Oxygen/Rhenium(10-10): If the Re surface is pre-covered with the (1x3)-2O oxygen saturation phase even at very low coverages the Au atoms coagulate to small clusters and exhibit a clear Volmer- Weber growth. At room temperature the respective cluster growth continues up to elevated coverages where the surface is cluttered with fairly large individual Au clusters that nevertheless do not coagulate. Only annealing induces massive gold diffusion resulting in the formation of distinct Au rolls or cylinders with an elliptical profile along [1-210]-direction. Turning to the interaction of gold on Re surface covered with less oxygen one now observes the growth of small gold chains, which preferably develop at edges and decorate these downright. It is not until remarkably higher gold coverages that the aggregation of scattered larger gold clusters occurs, along with the formation of areas of (1x3)-phase.