<> Bildung nichtoxidischer Sauerstoffphasen an Ru(0001) von den ersten Stufen der Sauerstoffaufnahme bis zur Oxidation

by Blume, Raoul

In dieser Arbeit wurde die Bildung nichtoxidischer Sauerstoffphasen an der Ru(0001)-Oberfläche untersucht. Glatte und defektreiche Oberflächen wurden einem hohen Sauerstoffdruck (bis 1bar) bei moderaten Temperaturen (<= 550K) ausgesetzt. Die Charakterisierung der Oberflächen erfolgte im UHV mit der Thermischen Desorptionsspektroskopie (TDS), der Scanning Photoemission Microscopy (SPEM), der atomaren Streuung thermischer Heliumatome (TEAS), der Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und der Streuung langsamer Elektronen (LEED) sowie In-Situ mit der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie. Die Anwendung der Low-Temperature-Präparation (LT) führt bei hohen Expositionen zur Aufnahme von bis zu 3ML Subsurfacesauerstoff in eine glatte Ru(0001)-Oberfläche ohne Anzeichen für eine Oxidbildung. Die Sauerstoffaufnahme setzt erst nach Vervollständigung der Chemisorptionslage bei 1ML ein, wobei eine lokale Sauerstoffsättigung der bestimmende Faktor ist. Die Einbringung direkt über die Chemisorptionslage trägt nur zu einem kleinen Teil zum Gesamtsauerstoffgehalt bei. Der weitaus größte Teil der Sauerstoffaufnahme unter die Oberfläche erfolgt über Oberflächendefekte und ist thermisch aktiviert mit einer Aktivierungsenergie von 0.15eV. Die maximale Sauerstoffkapazität beträgt dabei 10Atome/Defekt. Die Sauerstoffaufnahme verursacht eine starke strukturelle Umordnung mindestens der beiden obersten Rutheniumlagen, wobei Rutheniumatome der ersten Lage mit bis zu vier, solche der zweiten Lage mit bis zu zwei Sauerstoffatomen koordiniert werden. Die Bindungsverhältnisse sind metastabil und können durch Tempern der Oberfläche bis zur Sauerstoffdesorptionstemperatur verändert werden. Die gebildeten Subsurfacephasen stellen einen Vorläuferzustand zur Oxidbildung dar. In einem Übergangsbereich der Präparation zwischen 550 und 600K wird bei sehr hohen Expositionen die Bildung von oxidischen Phasen beobachtet, deren räumliche Ausdehnung unterhalb der maximalen Auflösung des SPEM liegt.