Uni Erlangen – WS 2010/11 – Vorlesung: Graphen und Oberflächenphysik Ulrich Starke– MPI-Stuttgart (FKF)

2. Geometrische Struktur von Oberflächen

2.1 Klassifizierung periodischer Oberflächen

Wiederholung: Flächennotation –→ Miller Indices

Achtung bei hexagonalem (3D) Gitter:Verwendung von 4 Gittervektoren

}Summe der ersten 3Indices = 0(Redundanz)

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Oberflächenorientierung

a) Anordnung in “niedrig-indizierten” Flächen

z.B: Cu, Ni, Al, Pt, Au,...

z.B: Fe, Cr, Ta, Mo, W,...

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Kristallschnitte

Verschiedene Schnittedurch einen fcc-Kristall:

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2D-Gitter

b) 2-dimensionales Gitter

Im 2-Dimensionalen: 5 Bravais-Gitter

Wahl der Einheitsvektoren: Nicht immer eindeutig

Einfachster Fall:An jedem Gitterpunkt wird genau 1 Atom positioniert (primitive Basis)

STM-Aufnahme einer Pt(111)-Oberfläche.

Hexagonale Symmetrie der OF-Einheitszelle

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Einheitszelle und Überstruktur

c) 2D-Einheitszelle

Vereinbarung:

d) Überstruktur

Mehr dazu in 3.2.

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Basis

e) Mehratomige Basis

z.B. bei mehrkomponentigem KristallBeispiele:

NaCl(100)

NiO SrTiO3(100) CoSi2(110)

Web-Programm zum Zeichnen von Oberflächenstrukturen:http://w3.rz-berlin.mpg.de/~rammer/surfexp_prod/SXinput.html

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Restrukturierung

f) Relaxation, Rekonstruktion

An der Oberfläche fehlen Bindungen

Strukturveränderung im Vergleich zum Volumen

durch neue Bindungendurch veränderte

elektronische Struktur

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Vizinalflächen

g) Höher indizierte Flächen

Gestufte oder vizinale Obeflächen(entstehen durch leicht schrägen Schnitt)

Regelmäßige Anordnung von (111)-Terrassen (8 Atome breit),die durch monoatomare Stufen getrennt sind

Pt(997):

STM-Aufnahme:

Terrassenbestimmung:

Teile durch größten Index,z.B. (997) / 9 ~ (111)aber (119) / 9 ~ (001)

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Defekte

i) Oberflächendefekte

-Endliche Entropie-⇒ Defekten bei endlicher Temperatur

realtive Konzentration ∝ exp(-Ed / kT)-Punktdefekte: Fehlstellen,

Verunreinigungen (Dotieratome)- ausgedehnte Defekte: Schraubenversetzungen,

Korngrenzen, Domänengrenzen, Stufen, Kinke

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2.2. Beispiel: Die Kristallstruktur von Siliziumkarbid (SiC)

Si

C

a) Tetraedrische Bindung, BilagenSi- and C-Sublagen

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b) Polytypen

phases

S2 S1 S2* S1*

Bilayer rotation Unit cell

c) Oberflächenterminierung

2.52 Å

Siliziumkarbid (SiC): Polytypen und Basalflächen

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Oberflächenorientierungen

4H-SiC

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Volumenschnitte der SiC(1120) - Oberfläche

surf

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SiC(1120): Oberflächeneinheitszelle

AFM

Ebene nicht-polare Lagen Gleitspiegelebene

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unpolare Oberfläche

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SiC(1102): Oberflächeneinheitszelle

AFM

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SiC(1102): Oberflächenterminierung

surface

6 mögliche LagenAls Oberflächen-Terminierung

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