Bildpotentialresonanzen der Aluminium-(100)-Oberfläche

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Bildpotentialresonanzen der (100)-Oberfläche von reinem Aluminium experimentell und theoretisch untersucht. Die Experimente werden mit der Methode der Zweiphotonen-Photoemissions-Spektroskopie sowohl energie- als auch zeitaufgelöst durchgeführt. Besonderes Augenmer...

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Main Author: Winter, Matthias
Contributors: Höfer, Ulrich (Dr. rer. nat.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2011
Physik
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Im Rahmen dieser Arbeit werden die Bildpotentialresonanzen der (100)-Oberfläche von reinem Aluminium experimentell und theoretisch untersucht. Die Experimente werden mit der Methode der Zweiphotonen-Photoemissions-Spektroskopie sowohl energie- als auch zeitaufgelöst durchgeführt. Besonderes Augenmerk der theoretischen Betrachtungen liegt auf der Wechselwirkung zwischen Oberflächen- und Volumenzuständen. Dazu werden umfassende numerische Berechnungen vorgenommen. Bildpotentialresonanzen auf Al(100) sind ein System, bei dem eine vollständige Rydbergserie stark an ein Zustandskontinuum koppelt und das sich als einfaches Metall gut eignet, um theoretische Überlegungen zur Struktur des Potentials an Metalloberflächen zu überprüfen. Dies ist die erste hochauflösende Untersuchung von Bildpotentialresonanzen mit derart starkem Resonanzcharakter. Erstmals wird experimentell nachgewiesen, dass einzelne Bildpotentialresonanzen auf einer Aluminiumoberfläche existieren. Auf der (100)-Oberfläche von Aluminium wird die zweite bis fünfte Bildpotentialresonanz aufgelöst und sowohl ihre Bindungsenergien als auch ihre Lebensdauern bestimmt. Die Bindungsenergien der Bildpotentialresonanzen bilden eine Rydbergserie von Zuständen, die im Rahmen der Messgenauigkeit ohne Quantendefekt a auskommt (a=0,022±0,035). Die effektive Masse der Elektronen in der zweiten Bildpotentialresonanz wird mit Hilfe winkelabhängiger Messungen auf 1,01±0,11 Elektronenmassen bestimmt. Die Lebensdauern der Resonanzen verhalten sich ab n=2 gemäß (1,0±0,2)·n³ fs. Dichtematrix-Rechnungen zeigen, dass sich die experimentell beobachteten Lebensdauern gut dadurch erklären lassen, dass die Elektronen in das Metallvolumen zerfallen. Dabei führt der Effekt der gefangenen Resonanzen (resonance trapping) zu längeren Lebensdauern. Im Widerspruch zu den gängigen theoretischen Modellen für Bildpotentialzustände auf Metalloberflächen ist die erste Bildpotentialresonanz auf der (100)-Oberfläche von Aluminium in der Zweiphotonen-Photoemissions-Spektroskopie nicht sichtbar. Es wird gezeigt, dass die starke Kopplung der Oberflächenzustände an Volumenzustände und die damit verbundene Bildung gefangener Resonanzen dieses Phänomen erklären kann. Auch der Fano-Effekt kann in energieaufgelösten Zweiphotonen-Photoemissions-Spektren beobachtet werden. Er macht sich durch eine starke Asymmetrie zwischen den Energien ober- und unterhalb der Resonanzserie bemerkbar.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2011.0511