Effekte der Bandstruktur auf die Elektronentransferprozesse von Atomen vor Oberflächen von Metallen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt widmet sich Elementarprozessen der Atom/Molekül-Oberflächen-Wechselwirkung mit dem Schwerpunkt auf dem Aspekt des Elektronentransfers. Im Mittelpunkt dabei steht die umfassende Charakterisierung „einfacher" Modellsysteme, die in ihrer Komplexität an der Grenze der derzeit mit ab-initio (d. h. auf den Grundgleichungen der Physik ohne empirische Parameter basierenden) Methoden quantitativ berechenbaren Systeme liegen. Dies dient dem Ziel, aussagekräftige experimentelle Daten für den Test und die Entwicklung eines mikroskopischen theoretischen Verständnisses bereitzustellen. Entsprechend wurden die experimentellen Arbeiten in enger Zusammenarbeit mit internationalen theoretisch tätigen Arbeitsgruppen analysiert. Die Untersuchungen wurden im Rahmen von Streuexperimenten meist im Regime der streifenden Streuung mit Einfallswinkeln von einigen Grad durchgeführt. Die Ergebnisse des Projekts sind umfangreich in bisher 15 Publikationen in internationalen Fachzeitschriften und einer Dissertation publiziert. In einem ersten Themenkomplex wurde eine vor drei Jahren von einer niederländischen Arbeitsgruppe vorgeschlagene neuartige Untersuchungsmethode der magnetischen Eigenschaften von Oberflächen mittels sog. „hohler Atome" (mehrere Elektronen in angeregten Zuständen, hier doppelt angeregtes He) studiert. Dabei konnten die Daten und Schlussfolgerungen (hohe Spinpolarisationen von Ni(llO)- und Fe(110)-Oberflächen von bis zu -90% !) der niederländischen Gruppe an Ni(l 10)- und Fe(l 10)-Oberflächen nicht bestätigt werden. Wir konnten zeigen, dass die Experimente der Groninger Gruppe durch die Belegung der Oberfläche mit Adsorbaten beeinflusst wurden, was zu einer Fehlinterpretation der Experimente führte. Die Methode eignet sich somit nicht zum Studium des Magnetismus von Oberflächen, die Spinpolarisationen der Oberflächen sind deutlich kleiner. Auf die geplanten Untersuchungen einer weiteren magnetischen Oberfläche (Fe(lOO)) wurde deshalb verzichtet. Konsistent mit diesen Ergebnissen konnten auch keine Spinblockiemngseffekte bei Messung von den Streuprozess überlebenden He+-Ionen beobachtet werden. Aufgrund dieses im Vorfeld nicht zu erwartenden Ergebnisses bekam der zweite beantragte Themenkomplex des Ladungstransfers von Atomen vor, einer Be(0001)-Oberfläche ein größeres Gewicht. Die Be(0001)-Oberfläche weist eine stark ausgeprägte projizierte Bandlücke mit einem 2D-Oberflächenzustandskontinuum auf, dessen Einfluss auf den Ladungstransfer im Zentmm der Untersuchungen stand. Zunächst wurde der Einfluss der Bandlücke auf kinematischassistierte Resonanzstmkturen von Ladungsanteilen zahlreicher atomarer Projektile untersucht. Des Weiteren wurden Experimente zur Auger-Neutralisation von He+- und Ne+-Ionen durchgeführt und hinsichtlich, des Beitrages des Oberflächenzustands analysiert. Die Arbeiten wurden auf einen Prototypen für ein „großes Molekül", das „Fußball-förmige" Kohlenstoff-Molekül C60 ausgedehnt. Dabei gelang es, erstmalig einen Abstand des Elektroneneinfangs für ein positiv geladenes Fullerenion vor Metalloberflächen sowie den Einfluss von Details der elektronischen Struktur der Oberfläche (projizierte Bandlücke) auf den Eiektronentransfer zu messen. Des Weiteren wurde die interne Anregung der Moleküle im Streuprozess mit Metallund Isolatoroberflächen bestimmt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Excitation of fullerene ions during grazing scattering from a metal surface". Phys. Rev. A 76 (2007) 032901
S. Wethekam and H. Winter
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„Grazing scattering of fast C+60 ions from an Al(001) surface under axial surface channeling". Nucl. Instrum. Meth. B 258 (2007) 68
S. Wethekam, A. Schuller, and H. Winter
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„Neutralization of charged fullerenes during grazing scattering from a metal surface". Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 037601
S. Wethekam, H. Winter, H. Cederquist, and H. Zettergren
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„Probing surface magnetism with ion beams". Nucl. Instr. Meth. B 256 (2007) 402
H.Winter
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„Dynamical Auger charge transfer of noble gas atoms and metal surfaces". Phys. Rev. B 78 (2008) 033105
S. Wethekam, D. Valdes, R. C. Monreal, and H. Winter
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„Energy transfer phenomena of keV fullerenes during grazing scattering from an Al(lOO) surface". Vacuum 82 (2008) 895
S. Wethekam and H. Winter
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„Face-dependent Auger neutralization and ground-state energy shift for He in front of Al surfaces". Phys. Rev. B 78 (2008) 075423
S. Wethekam, D. Valdes, R. C. Monreal, and H. Winter
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„Reexamination of local spin polarization at surfaces probed by hollow atoms". Phys. Rev. A 78 (2008) 010901 (R)
M. Busch, S. Wethekam, and H. Winter
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„Atomic and fullerene ions interacting with metal surfaces". Journal of Physics: Conf Series 194 (2009) 012062
S. Wethekam and H. Winter
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„Effect of adsorbates on the formation of doubly excited He atoms during impact of He2+ ions on a Ni( 110) surface". Nucl. Instrum. Meth. B 267 (2009) 2625
M. Busch, S. Wethekam, and H. Winter
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„Effect of spin polarization of Ni( 110) surface on Auger neutralization for grazing scattering of He+ ions". Nucl. Instrum. Meth. B 267 (2009) 571
S . Wethekam, M. Busch, R.C. Momeal, and H. Winter
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„Formation of doubly excited He atoms during scattering of He ions from a clean and oxygen covered Ni(l 10) surface". Surface Science 603 (2009) 209
S. Wethekam, M. Busch, and H. Winter
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„Ionization of He atoms during grazing collisions with a metal surface". Phys.Rev. B 79 (2009) 195408
S. Wethekam, D. Valdes, R. C. Monreal, and H. Winter
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„Resonant electron capture by C60ions at a metal surface with projected band gap". Phys. Rev. Lett.
S. Wethekam, H. Zettergren, Ch. Linsmeier, H. Cederquist, and H. Winter
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„Studies on Auger neutralization of He+ ions in front of metal surfaces" in „Dynamics at Solid State Surfaces and Interfaces" U. Bovensiepen, H. Petek, and M. Wolf (eds.), Wiley Weinheim 2009
S. Wethekam and H. Winter
