Stephan Großer

Wachstum und lokale elektronische Struktur von ultra-dünnen NiO- und CoOSchichten auf einer Silberoberfläche

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät II der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 08.07.2008

Abstract
Die komplexe elektronische Struktur der 3d-Übergangsmetalloxide, wie z.B. NiO und CoO mit einem hochkorrelierten Elektronensystem, wurde über viele Jahre hinweg untersucht und diskutiert und war bis vor ein paar Jahren noch nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum von NiO und CoO auf einer Silberoberfläche mit (001)-Orientierung. Mittels kombinierter Anwendung von Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) werden ausgehend von der Monolagenbedeckung die Entwicklung der strukturellen aber auch der elektronischen Eigenschaften untersucht. Es zeigte sich, dass mittels Einzelpunktspektroskopie der unbesetzten Zustände, die lokale Schichtdicke bestimmt werden kann. Bei erhöhten Temperaturen wurde ein massiver Materialtransport gefunden. Die erste Stufe dieses Transportprozesses, welcher bei beiden Oxid/Metall-Systemen auftritt, konnte auf die Einbettung einer zusätzlichen Lage Oxid mit rechteckiger Form an der vergrabenen Grenzfläche zurückgeführt werden. Neben der Strukturbildung wurde für NiO auf Ag(001) wurde die Entwicklung der elektronischen Struktur hin zu Volumeneigenschaften betrachtet, wobei Oberflächen und Volumenzustände identifiziert werden konnten. Des weiteren werden Untersuchungen lokaler Unterschiede in der elektronischen Struktur, sowie Defektstrukturen und das Wachstum von Ni-Clustern auf NiO/Ag(001) vorgestellt. In einem weiteren Kapitel dieser Arbeit wird auf STM- und STS-Untersuchungen an Stark-verschobenen Bildpotenzialzuständen sowie an vergrabenen Argondefekten eingegangen. Aus der vorliegenden Arbeit ist zu erkennen, dass das mit dem hier verfeinerte Verfahren der kombinierten STM/STS-Messung eine Untersuchungstechnik bereitsteht, die sich für die detailliertere Charakterisierung anderer und komplizierterer Oxid/Substratsysteme nutzen lässt.

Quite recently, the complex electronic structure of 3d-transition-metal oxides as for example NiO and CoO which have a strong-correlated electron system was fully explained in literature. Within this thesis, the growth of NiO and CoO on a (001)-oriented silver surface was investigated. Starting from the monolayer coverage the formation of the structural and the electronic properties are measured using combined application of scanning tunneling microscopy (STM) and -spectroscopy (STS). The single point spectroscopy of unoccupied states has been used to determine the local thickness of the oxide film. A massive material transport was found at increased temperatures. The initial stage of this transport process appears for both systems at the buried interface oxid/metal by embedding of an additional rectangular-shaped oxide layer. In addition to the structure formation of NiO on Ag(001) the changes in the electronic structure towards the volume properties were investigated. Therefore, surface and volume states were identified. Furthermore results of local differences in the electronic structure, defect structures and the growth of Ni-clusters on NiO/Ag(001) were presented. Moreover, the thesis contains a chapter of STM and STS investigations at Stark-shifted image-potential states and buried Argon defects, respectively. An improved method is presented in this thesis opening new ways of advanced characterizations of other and more complex oxid/substrate combinations.

Keywords:
Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie, NiO, CoO, Oxidwachstum, schichtdickenaufgelöste elektronische Struktur, vergrabene Grenzflächenaufrauung

scanning tunneling microscopy and spectroscopy, NiO, CoO, oxide growth, thicknessresolved electronic structure, buried interface roughening

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung (1-3)
2. Grundlagen (4-11)
3. Rastertunnelmikroskopie (12-18)
4. Experiment (19-21)
5. Lokale Untersuchungen der Ag(001)-Oberfläche (22-35)
6. NiO auf Ag(001) (36-82)
7. CoO auf Ag(001) (83-94)
8. Zusammenfassung (95-97)
Literaturverzeichnis (98-106)
Abkürzungsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis (107-110)