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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