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Zeitaufgelöste Untersuchung der laser-induzierten Diffusion von CO-Molekülen auf gestuften Pt(111)-Oberflächen
In der vorliegenden Arbeit wurde die Dynamik von CO-Molekülen auf einer gestuften Pt(111)-Oberfläche unter Anregung mit einem fs-Laser bei tiefen Temperaturen mit laserspektroskopischen Methoden untersucht. Ausgenutzt wurde dabei die Sensitivität der optischen Methode der Frequenzverdopplung (SH...
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2007
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | In der vorliegenden Arbeit wurde die Dynamik von CO-Molekülen auf
einer gestuften Pt(111)-Oberfläche unter Anregung mit einem fs-Laser
bei tiefen Temperaturen mit laserspektroskopischen Methoden
untersucht. Ausgenutzt wurde dabei die Sensitivität der optischen
Methode der Frequenzverdopplung (SHG) auf Bedeckungsänderungen an
den Stufenplätzen der Oberfläche.
Es wurde gezeigt, dass die laser-induzierte Diffusion am
CO/Pt(111)-System für die Anregung der Stufendiffusion erfolgreich
durchgeführt und modelliert werden konnte. Die Experimente
verdeutlichen, dass nicht nur die Reaktionsausbeute gesteuert werden
konnte, sondern aus dem Durchführen zeitaufgelöster Messungen
(Zweipuls-Korrelation) an diesem System eine Entschlüsselung der
Energietransferprozesse geschehen konnte. Die gute Statistik der
Daten hat dabei diese zeitaufgelöste Untersuchung, mit der Einsicht
in den Transferprozess von der optischen Anregung zur
Adsorbatbewegung genommen werden konnte, ermöglicht. Somit konnte
das Potential der Methode voll ausgeschöpft werden und
Transferzeiten im sub-ps-Bereich ermittelt werden.
Zunächst wurde die Diffusion von CO-Molekülen von den Stufen- zu den
Terrassenplätzen der Oberfläche untersucht. Mit der SHG an
Oberflächen konnte das System dahingehend charakterisiert werden,
dass mikroskopische Information über diesen speziellen
Diffusionspfad extrahiert werden konnte. Es konnte gezeigt werden,
dass durch das Dosieren bei erhöhter Substrattemperatur CO selektiv
auf den Stufenplätzen adsorbiert werden kann, sodass durch die
Auswertung eines für diese Plätze sensitiven SHG-Signals direkt eine
Stufenentleerungsrate als Funktion sensitiver Laserparameter
bestimmt werden konnte. Hierüber konnte eine Abhängigkeit etwa vom
Laserfluss mit einem Exponenten von sechs bei Laserflüssen im
Bereich einiger mJ/cm2, wie es in DIMET-Prozessen üblich ist,
festgestellt werden.
Die empfindliche Abhängigkeit der Hüpfrate vom Laserfluss eröffnete
die Möglichkeit für Korrelationsmessungen, die sich in einer für
elektronisch induzierte Prozesse charakteristischen schmalen
Verteilung manifestierten. Die experimentell gefundene extrem kurze
Energietransferzeit von 500 fs für diesen Prozess untermauert die
Vermutung, dass der Prozess tatsächlich elektronisch induziert ist.
Die zusätzlichen Freiheitsgrade des CO-Moleküls, die bei der
Diffusion involviert werden können, wurden an dieser Stelle
diskutiert und erweitern bisherige Studien aus unserer Arbeitsgruppe
an elektronisch induzierter Diffusion atomarer Adsorbate.
Im Folgenden wurde dargestellt, wie die experimentellen Ergebnisse
modelliert wurden. Ein klassisches Modell mit konstanter Reibung
reicht nicht aus, um die schmale Breite der Zweipuls-Korrelation zu
beschreiben. Der schnelle Energietransfer, der aus diesen Messungen
abgeleitet wurde, konnte erst im Rahmen des 3TM mit elektronischer,
temperaturabhängiger Reibung modelliert und komplett verstanden
werden. Der Prozess der Stufendiffusion konnte als klar elektronisch
aktivierter Prozess mit einer Transferzeit von etwa 500 fs, die
kürzer ist als alle vergleichbaren Desorptions- und
Diffusionsexperimente, beschrieben werden. Dies erstaunt umso mehr,
als dass die Flussabhängigkeit durchaus vergleichbar mit typischen
Desorptionsexperimenten ausfällt. Schlüssig modelliert wurde dies -
wobei für Flussabhängigkeit und zeitaufgelöste Messungen parallel
der gleiche Satz an Parametern verwendet wurde - unter Verwendung
eines Reibungskoeffizienten, der von der Elektronentemperatur
abhängt.
Des Weiteren wurde die Analyse um die CO-Terrassendiffusion
erweitert. CO wurde dabei in kleinen Bedeckungen auf den Terrassen
adsorbiert und die Diffusion als zeitliche Veränderung an den als
Fallen dienenden Stufenplätzen detektiert. Für diesen
niederenergetischen Prozess reichten Laserflüsse um 1 mJ/cm2 aus, um
eine Anregung der Moleküle auf den Terrassen zu induzieren. Des
Weiteren wurde ein schwächeres Anregungsschema mit einer
quadratischen Abhängigkeit vom Laserfluss ermittelt.
Die auch hier durchgeführte Zweipuls-Korrelation weist ebenfalls auf
einen elektronisch induzierten Prozess hin. Bei einer
Substrattemperatur von 40 K spricht die Kreuzkorrelation, aus der
eine Energietransferzeit von 1.8 ps ermittelt wurde, für einen
elektronisch induzierten Energietransfer. Abschließend lässt sich
auch für diesen Diffusionspfad eine Besonderheit hervorheben:
Mittels einer Beschreibung der Daten im Rahmen des 3TM konnten auch
diese experimentellen Ergebnisse mit Modellierungen in Einklang
gebracht werden, die dem im Fall der Stufendiffusion verwendeten
Satz an Parametern mit modifizierter Energiebarriere entsprechen.
Anhand dieser Simulationen im Rahmen der elektronischen Reibung,
welche die Möglichkeit einer einfachen Modellierung
multidimensionaler Phänomene bieten, wurden somit alle beobachteten
Befunde in einer einheitlichen Beschreibung zusammengefasst. |
|---|---|
| Physical Description: | 117 Pages |
| DOI: | 10.17192/z2007.0698 |