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Die verwendeten Proben-Metalle – Kupfer  
TEIL A – THEORETISCHE  
GRUNDLAGEN  
1. Die verwendeten Proben-Metalle  
Die verwendeten Proben-Metalle wurden speziell für die Untersuchung der Metall-Adsorption  
und der Oberflächenlegierungsbildung ausgesucht.  
Rhenium (Re) bietet als Substratmaterial besondere Vorteile, wie die hohe thermische und  
mechanische Stabilität. Es eignet sich gut zum Probenaufbau und läßt sich relativ leicht reinigen.  
Es verhält sich zu den verwendeten Edelmetallen (Kupfer, Silber, Gold) ziemlich inert, mit Palla-  
dium könnte es jedoch legieren. Speziell die verwendete atomar sehr glatte (0001)-Oberfläche läßt  
erwarten, daß die Wechselwirkungen der zu untersuchenden Systeme nahezu vollständig be-  
schreibbar sind.  
Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Gold (Au) wurden als Adsorbatmaterialien ausgewählt, weil sie  
leicht zu präparieren sind und mit dem Substrat keine Legierungen bilden. (Der historisch im Zu-  
sammenhang mit der Wechselwirkung von Gasen mit Oberflächen entstandene Begriff der Ad-  
sorption soll hier auch für die Metall-auf-Metall-Systeme verwendet werden.) Die drei Münzme-  
talle besitzen zum Teil vergleichbare Eigenschaften, so daß sich synergetisch zusätzliche Er-  
kenntnisse ergeben sollten. Sie bilden untereinander binäre Volumenlegierungen, mit der Aus-  
nahme des Cu-Ag-Systems. Auch hier werden durch vergleichende Untersuchungen zusätzliche  
Erkenntnisse erwartet. Palladium (Pd) soll als Beispiel für ein mit dem Substrat legierendes Mate-  
rial untersucht werden. Auch Pd-Filme sind relativ leicht zu präparieren.  
Wichtig ist zusätzlich die Tatsache, daß auf einen erheblichen Wissensstand aus der Literatur  
sowie ein großes know how im Umgang mit den verwendeten Materialien [Sch98/d, Vol99/d,  
Kur99/d, Wag97/d] zurückgegriffen werden kann.  
Im folgenden werden zunächst die verwendeten Metalle beschrieben und hinsichtlich ihres  
Einsatzes als Adsorbate verglichen. Da auch speziell die Legierungsbildung in dieser Arbeit eine  
große Rolle spielt, wird daraufhin auf eventuelle Volumenlegierungen eingegangen. Im Abschluß  
wird die verwendete (0001)-Oberfläche beschrieben.  
1.1. Kupfer  
Kupfer ist ein rötlich schimmerndes, zähes Metall, das sich durch seine hohe Leitfähigkeit für  
Wärme und Elektrizität auszeichnet. Sein Name leitet sich vom lateinischen Wort „cuprum“ ab,  
was die Insel Zypern beschreibt. (Die Bezeichnung der englischen Polizisten „cops“ ist wegen der  
Kupfernieten ihrer Uniformen von „copper“ abgeleitet.)  
Kupfer ist seit prähistorischen Zeiten bekannt. Erste geschichtliche Berichte aus dem Gebiet  
des heutigen Irak gehen auf ca. 9000 v. Chr. zurück. 5000 bis 4000 v. Chr. wurde es in Nordame-  
rika erstmals verhüttet. Ein Grund für seine so frühe Nutzung liegt in seiner leichten Bearbeit-  
barkeit. Um die damit verbundene relativ geringe Härte zu erhöhen, wurden bald Kupferlegie-  
rungen, wie z. B. Bronze (Cu+Zn) oder Messing (Cu+Sn) verwendet.  
Kupfer kommt zu 68 ppm in der Erdkruste und zu 3 x 10-3 ppm im Wasser der Ozeane vor.  
Dabei liegt es gediegen oder hauptsächlich in Form seiner Sulfide (Kupferkies, Buntkupferkies,  
Kupferglanz) oder Oxide (Rotkupfererz, Malachit, Kupferlasur) vor.  
11  
Dissertation Ronald Wagner, TEIL A – THEORETISCHE GRUNDLAGEN  
Die hauptsächlichen Verwendungen von Kupfer sind:  
S in der elektrotechnischen / elektronischen Industrie (insbesondere als Cu-Draht),  
S bei der Galvanisierung,  
S als Münzmetall und allgemein als Legierungsmaterial (Bronze, Messing, Neusilber,…),  
S in seinen Verbindungen in der Analyse (z. B. Fehling‘sche Lösung), bei der Schädlingsbe-  
kämpfung und  
S bei der Farbherstellung.  
Die Elektronenkonfiguration des Kupfers lautet [Ar]3d104s1, sein Termsymbol 2S1/2. Es besitzt  
also eine gefüllte d- und eine halb gefüllte s-Schale als relativ stabile Konfiguration. Es hat die  
Ordnungszahl 29 und eine molare Masse von 63,546 g/mol bei einer Isotopenverteilung von  
[63/65] = 69%/31%. Im Periodensystem der Elemente befindet es sich in der 11. Gruppe  
(1. Nebengruppe) und der 4. Periode.  
Kupfer kristallisiert in der kubisch dichtesten Kugelpackung Fm-3m (ccp/fcc) mit dem Git-  
terparameter a = 361,49 pm.  
1.2. Silber  
Silber ist ein weiß glänzendes, weiches und duktiles Edelmetall, das von allen Elemente den  
höchsten elektrischen Leitwert und die höchste Reflektivität für Licht besitzt. Der Name „Silber“  
leitet sich vom angelsächsischen „siolfur“ ab, das Symbol „Ag“ stammt vom lateinischen „Argen-  
tum“.  
Silber ist seit der Antike bekannt. Aus Funden von Schlackeresten im Ägäischen Meer schließt  
man auf die erstmalige Trennung von Silber und Blei um 3000 v. Chr..  
Silber kommt zu 0,08 ppm in der Erdkruste und zu 1 x 10-4 ppm im Wasser der Ozeane vor.  
Man findet es gediegen oder gewinnt es aus seinen sulfidischen Erzen (Silberglanz, Pyrargyrit,  
Proustit, Stephanit, Arsen- und Antimonfahlerz, Silberantimon- und Kupfersilberglanz).  
Silber hat ein breites Spektrum von Anwendungen:  
S elektrische Kontakte, Silberfarbe zur Produktion elektronischer Schaltkreise,  
S Herstellung von Silber-Cadmium-Batterien,  
S in Form von Legierungen:  
S
S
S
S
in der Schmuckindustrie,  
in der Dentaltechnik,  
als Löt- und Hartlötmetall,  
als Münzmetall,  
S in Form seiner Verbindungen:  
S
S
in der Fotografie (Nitrat, Bromid),  
zur Anregung des Regens (Iodid).  
Silber befindet sich im Periodensystem der Elemente in der 11. Gruppe (1. Nebengruppe) und  
der 5. Periode. Seine Ordnungszahl ist 47, seine molare Masse beträgt 107,8682 g/mol. Es be-  
steht hauptsächlich aus zwei Isotopen, [107/109] = 52%/48%. Silber besitzt eine gefüllte 4d-  
Schale und eine halb gefüllte 5s-Schale und ist deshalb ebenfalls relativ stabil (Elektronenkonfigu-  
ration: [Kr]4d105s1, Termsymbol 2S1/2 ).  
Auch Silber kristallisiert in der kubisch dichtesten Kugelpackung Fm-3m (ccp/fcc) und hat  
den Gitterparameter a = 408,53 pm.  
12  
Die verwendeten Proben-Metalle – Gold  
1.3. Gold  
Das „Königsmetall“ Gold ist das duktilste und dehnbarste Metall. (Aus einem Würfel von  
1 cm³ läßt sich eine quadratische Goldfolie mit einer Kantenlänge von 4,8 m herstellen.) Es ist (in  
kompakter Form) gelbglänzend, was auf die relativistisch bedingte Orbitalkontraktion vor allem  
der s-Orbitale und der damit verbundenen Verringerung des 5d-6s-Abstandes zurückgeführt  
wird, der so durch sichtbares Licht angeregt werden kann. Sein Name leitet sich vom angelsächsi-  
schen „gold“ ab, sein Elementensymbol stammt vom lateinischen „Aurum“.  
3600 v. Chr. wurde Gold in den Gesetzbüchern des ägyptischen Königs Menes erwähnt,  
ebenso in den ältesten Teilen der Bibel und bei Homer. Die ersten Goldmünzen gab es 650  
v. Chr. im Orient.  
Gold kommt zu 3,1 x 10-3 ppm in der Erdkruste und zu 5 x 10-5 ppm im Wasser der Ozeane  
vor. Es liegt hauptsächlich gediegen eingesprengt in Quarz in der Natur vor (3/4 der Weltpro-  
duktion stammen aus Südafrika). Man findet aber auch (zumeist telluride) Erze (Schrifterz, Blät-  
tertellur, Petzit, Calaverit).  
In vielen Staaten ist es der Standard des Währungssystems. Gold wird vorwiegend in der  
Schmuckherstellung und als Münzmetall verwendet und außerdem:  
S als Kontakt in der Elektronik,  
S zur Oberflächenveredelung,  
S in der Zahntechnik und bei der Behandlung von Arthritis und Krebs (198Au),  
S in der Fotografie,  
S als Katalysator.  
Gold ist ein Element der 11. Gruppe (1. Nebengruppe) und 6. Periode. Seine Ordnungszahl  
ist 79, seine molare Masse beträgt 196,96655 g/mol. Es besteht hauptsächlich aus einem Isotop  
und besitzt eine gefüllte 5d-Schale und eine halb gefüllte 6s-Schale. Dieses Metall ist ebenfalls  
relativ stabil (Elektronenkonfiguration: [Xe]5d106s1 , Termsymbol 2S1/2 ).  
Wie Kupfer und Silber kristallisiert auch Gold in der kubisch dichtesten Kugelpackung Fm-3m  
(ccp/fcc). Es hat den Gitterparameter a = 407,82 pm.  
1.4. Palladium  
Die herausragende Eigenschaft des weiß glänzenden Palladiums ist, bei Raumtemperatur das  
900-fache seines Volumens an Wasserstoff zu absorbieren. Bei erhöhten Temperaturen diffun-  
diert Wasserstoff hindurch, was zur Reinigung dieses Gases angewendet wird. Benannt wurde es  
nach dem Asteroiden Pallas, der zur gleichen Zeit entdeckt wurde, sowie nach der griechischen  
Göttin der Weisheit.  
Palladium wurde 1803 von WILLIAM HYDE WOLLASTON in England entdeckt. Er extrahierte  
es aus Platinerz.  
Es kommt zu 6,3 x 10-3 ppm in der Erdkruste hauptsächlich gediegen, aber auch vergesell-  
schaftet mit Kupfer, Nickel oder anderen Platinmetallen in deren Erzen vor.  
Fein verteiltes Palladium kommt als Katalysator bei der (De-) Hydrogeneration zum Einsatz.  
Weitere Anwendungen sind:  
S in der Schmuckherstellung (Weißgold),  
S in der Zahntechnik, für feinmechanische und chirurgische Geräte,  
S als Kontakt in der Elektronik.  
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Dissertation Ronald Wagner, TEIL A – THEORETISCHE GRUNDLAGEN  
Das Termsymbol des Palladiums ist 1S0, seine Elektronenkonfiguration [Kr]4d10, womit es eine  
gefüllte 4d-Schale besitzt und recht stabil ist. Im PSE ist es in der 10. Gruppe (8. Nebengruppe)  
und 4. Periode zu finden. Es hat die Ordnungszahl 46 und eine molare Masse von 106,42 g/mol.  
Es besteht hauptsächlich aus fünf Isotopen: 104 (11%), 105 (22%), 106 (27%), 108 (26%), 110  
(12%).  
Palladium kristallisiert in der kubisch dichtesten Kugelpackung Fm-3m (ccp/fcc). Es hat den  
Gitterparameter a = 389,07 pm.  
1.5. Rhenium  
Das weiß-grau glänzende Rhenium hat die viertgrößte Dichte und den dritthöchsten Schmelz-  
punkt aller Elemente. Auf Grund seiner extremen Eigenschaften ist es ein sehr begehrtes, aller-  
dings auch sehr seltenes Metall. Bei 1,7 K wird Re supraleitend.  
W. Noddak, I. Tacke und O. Berg entdeckten das Rhenium 1929 nach gezielter Suche durch  
Röntgenspektroskopie und benannten es nach dem Rhein.  
Mit seinem Vorkommen von 2,6 x 10-3 ppm in der Erdkruste und zu 1 x 10-6 ppm im Wasser  
der Ozeane ist es, wie o. a., sehr selten. Rhenium kommt nur in den Erzen anderer Elemente in  
Spuren vor, wie z. B. im Molybdänglanz (0,1 ppm bis 1 ppm), in Columbit, Gadolinit, Tantalit, in  
Platinerzen sowie in den Abfallprodukten der Kupferverhüttung (5 ppm).  
Die Anwendungen des Rheniums basieren hauptsächlich auf seiner Temperaturbeständigkeit  
und Härte:  
S Glühkathoden in der Vakuumtechnik,  
S Glühdrähte für Fotolampen,  
S Hochtemperatur-Thermoelemente mit hoher Thermokraft,  
S Re/Mo-Legierungen als Supraleiter bei 10 K,  
S abrieb- und lichtbogenfestes elektrisches Kontaktmaterial,  
S Katalysator für Hydrogenierungs- und Hydrocrackingprozesse sowie Alken-Disproportio-  
nierungsreaktionen.  
6
Das Termsymbol des Rheniums ist S5/2, seine Elektronenkonfiguration [Xe]4f145d56s2. Im  
PSE steht es in der 7. Gruppe (5. Nebengruppe) und 6. Periode. Es hat die Ordnungszahl 75 und  
eine molare Masse von 186,207 g/mol. Es besteht hauptsächlich aus zwei Isotopen,  
[185/187] = 37%/63%.  
Rhenium kristallisiert in der hexagonal dichtesten Kugelpackung P63/mmc (hcp). Es hat die  
Gitterparameter a = 276,1 pm und c = 445,6 pm.  
1.6. Wichtige Daten der verwendeten Metalle  
Nachfolgend sind, die wichtigsten Parameter der verwendeten Metalle angeführt:  
Größe  
Einheit  
g/mol  
K
Re  
Cu  
Ag  
Au  
Pd  
Molmasse  
Schmelzpunkt  
Siedepunkt  
Dichte  
186,21  
3495  
5869  
21,0  
63,55  
107,87  
196,97  
106,42  
1357,77 1234,93 1337,33 1828,05  
2840[1] 2436[1]  
K
3130[1]  
3236  
12,0  
fcc  
g/cm³  
8,96  
fcc  
10,5  
fcc  
19,3  
Struktur  
hcp  
fcc  
Atomabstand  
pm  
274,1  
255,6  
288,9  
288,4  
275,1  
14  
Die verwendeten Proben-Metalle – X-Re-Volumenlegierungen (X = Cu, Ag, Au, Pd)  
Größe  
Einheit  
Re  
Cu  
Ag  
Au  
Pd  
Oberflächendichte  
1015/cm² 1,54  
1,77  
1,95  
1,82  
1,9  
1,38  
1,17  
1,25  
1,93  
7,57  
1,30  
-4,3  
1,39  
1,28  
1,5  
1,53  
1,95  
2,05  
2,2  
berechnet  
gemessen  
4,21  
Oberflächenener-  
gie[2]  
J/m²  
3,6  
Pauling-Elektronegativität  
1. Ionisierungsenergie  
Elektronenaffinität  
Fermienergie[3]  
1,9  
2,54  
9,22  
1,72  
-4,3  
eV  
eV  
eV  
7,87  
0,15  
-4,7  
7,72  
1,23  
-4,4  
8,33  
0,56  
-5,3  
5,4[4];  
4,8[5];  
4,96[6]  
4,7[7];  
4,9[8]  
4,3[7];  
5,45[7];  
5,31[9]  
5,2[7];  
Elektronen- Austrittsarbeit  
eV  
4,74[9]  
5,55[9]  
X2-Mol.[10]  
773,7  
336,3  
176,5  
300  
284,2  
163,0  
255  
367,1  
224,7  
330  
374,8  
75,0  
380  
Bindungsenergie  
kJ/mol  
Kristall  
Cluster  
705  
770;  
Sublimationsener-  
gie  
kJ/mol  
337,4;  
284,9;  
366;  
378;  
Atom  
770,4[11] 341,4[12] 275,1[12] 379,3[12] 377,4[12]  
Alle Daten, die sich auf Oberflächen beziehen, entsprechen den dichtest gepackten Lagen des  
korrespondierenden Gitters, also (0001) für hcp und (111) für fcc (ccp). Die meisten Werte sind  
[www_01] entnommen, außer [1] – [www_05], [2] – [VRS98/1], [3] – [Nor84/1], [4] – [YAW00/1],  
[5] – [BEN73/b], [6] – [Wil66/1], [7] – [Moe68/b], [8] – [CES80/1], [9] – [Par88/1], [10] –  
[Lid74/b], [11] – [GoE99/1], [12] – [LPS00/1].  
1.7. X-Re-Volumenlegierungen (X = Cu, Ag, Au, Pd)  
Versuche, Volumenlegierungen aus Kupfer und Rhenium durch Vermischen der Substanzen  
und Erhitzen (bis 2175°C) herzustellen, schlugen fehl [HaA58/b, HoS54/1]. Durch elektroche-  
mische Abscheidung ist es jedoch möglich, Legierungsphasen aus Kupfer und Rhenium herzu-  
stellen. Diese konnten von SCHREBLER et al. (10% Re) [SMC01/1] und NIKITINA et al. (30% Cu)  
[NSV66/1] elektrolytisch aus Perrhenat- und Kupferionen erhalten werden.  
Rhenium ist in flüssigem und festem Silber bzw. Gold unlöslich. Binäre Volumenlegierungen  
sind nicht bekannt [HaA58/b, HoS54/1].  
Über das Mischungsverhalten von Palladium und Rhenium ist ebenfalls relativ wenig bekannt.  
VIDOSOVA gelang es, durch dreitägiges Erhitzen einer Pd-Re-Mischung auf 1000°C ein Einpha-  
sengebiet des Systems für bis zu 7,4% Re zu detektieren sowie ein Zweiphasengebiet ab 20,4%  
Re. [HaA58/b, Vid54/1].  
1.8. Ag-X- Volumenlegierungen (X = Cu, Au)  
Zur Ausbildung von Mischkristallen sind sowohl strukturelle als auch elektronische Überein-  
stimmungen der Legierungspartner erforderlich. Als besonders günstig erweist es sich, wenn bei-  
de Metalle im selben Gittertyp kristallisieren. Dies ist sowohl für Kupfer und Silber als auch für  
Gold gegeben. Alle drei Metalle bilden kubisch-flächenzentrierte Gitter (fcc) aus.  
Eine weitere strukturbestimmende Größe ist der Unterschied der Gitterkonstanten, der misfit f,  
s. Kap. 2.3.1. Nach der Hume-Rothery-Regel [HSH69/b] ist ab f > 15% Unmischbarkeit der  
15  
Dissertation Ronald Wagner, TEIL A – THEORETISCHE GRUNDLAGEN  
Komponenten zu erwarten. Nach BARRAT et al. kann diese Aussage verfeinert werden  
[BBH86/1].  
Phasendiagramm Bedeutung  
f [%]  
0 … 6  
6 … 8  
spinodial  
azeotrop  
unbegrenzt mischbar  
unbegrenzt mischbar, bei bestimmten Mischungsverhältnis ist  
der Schmelzpunkt geringer als in den Reinstoffen  
8 … 15 eutektisch  
< 15 eutektisch  
begrenzt mischbar, die kleinere Komponente ist bis zu 40 % in  
der größeren löslich, die größere in der kleineren bis zu 5 %  
nicht mischbar  
Der misfit des Systems Ag+Cu beträgt 13 %, der des Systems Ag+Au 0,1 %. Aus Abb. A 1  
kann man erkennen, daß sich die Voraussagen von BARRAT et al. gut auf die beiden Systeme  
übertragen lassen. Im Fall des Systems Ag+Au liegt unbegrenzte Mischbarkeit vor, die Liquidus-  
und Solidus-Kurven unterscheiden sich kaum.  
%
60  
atom Silber  
%
atom Silber  
100  
80  
40  
20  
0
100  
80  
60  
40  
20  
0
1400  
[°C]  
1473  
1200  
[°C]  
1473  
T [K]  
T [K]  
1083°C  
1273  
1073  
1200  
1000  
800  
1000  
800  
600  
400  
200  
1273  
1073  
960°C  
flüssig  
1068°C  
flüssig  
963°C  
779°C  
40%  
14%  
95%  
feste Cu – in –  
Ag – Lösung  
feste Ag – in –  
Cu – Lösung  
873  
673  
473  
873  
673  
473  
feste Lösung  
fest  
Mischungslücke!  
600  
400  
0
20  
40  
60  
80  
100  
0
20  
40  
60  
80  
100  
%atom Kupfer  
%atom Gold  
Abb. A 1 Phasendiagramme der Volumensysteme Ag-Cu (li.) und Ag-Au (re.) nach [HaA58/b].  
Im Phasendiagramm des Systems Ag+Cu sind drei Einphasengebiete zu erkennen, nämlich  
das der flüssigen Lösung, sowie der festen silberreichen (bis zu 14 % Cu) und der festen kupfer-  
reichen (bis zu 5 % Ag) Lösung (vgl. Tabelle!). Diese drei Gebiete berühren sich im Eutektikum  
bei 40 % Cu und 1056 K [HaA58/b] und werden ansonsten durch drei Zweiphasengebiete von-  
einander getrennt. Die von FITZNER et al. [FGW99/1] angegebene Mischungsenthalpie bei  
1375 K ist für das System Cu+Ag positiv (+3,4 kJ/mol), hingegen für die Systeme Cu+Au sowie  
Ag+Au negativ (-7,0 kJ/mol, bzw. -4,3 kJ/mol).  
Das System Au+Cu weist mit 12,8 % einen misfit auf, der mit dem von Ag+Cu vergleichbar  
ist. Trotzdem zeigt sich ein unterschiedliches Mischungsverhalten derart, daß es bei Au+Cu zur  
Ausbildung einer Reihe geordneter Legierungsphasen (Cu3Au, CuAu, Au3Cu) und damit unbe-  
grenzter Mischbarkeit kommt. Offenbar ist die Ausbildung geordneter Legierungsphasen eine  
Möglichkeit, die Mischungslücke begrenzt mischbarer Systeme zu unterdrücken.  
16  
Die verwendeten Proben-Metalle – Niedrig indizierte Metalloberflächen  
Die bisher angestellten Überlegungen basieren auf dem Hartkugelmodell, d. h., elektronische  
Wechselwirkungen wurden nicht berücksichtigt. Auf Grund dessen wird die Forderung aufge-  
stellt, daß beide Legierungspartner vergleichbare Elektronegativitäten haben sollten. Dies ist zu-  
mindest für das System Cu/Ag gegeben (Cu: 1,90; Ag: 1,93; Au: 2,54).  
Beim System Silber/Gold kommt es zur Ladungskompensation, wobei Au Elektronendichte aus  
seinem d-Band an das Ag abgibt und Elektronendichte aus dem s-Band des Ag erhält, wie  
WATSON et al. durch XPS-Messungen zeigten [WHP71/1].  
1.9. Niedrig indizierte Metalloberflächen  
Niedrig indizierte Metalloberflächen (und allgemein Einkristalle) werden in der Wissenschaft  
genutzt, um ein nach Möglichkeit einfaches und leicht zu beschreibendes System zur Untersu-  
chung von Oberflächen-Wechselwirkungen zu schaffen. Sie stellen ein ideales Modell dar, in dem  
bestimmte Zusammenhänge besonders leicht zu durchschauen sind.  
Zwar sind reale Probenkristalle mit einer solchen definierten Oberfläche durch das Auftreten  
von Defekten gekennzeichnet, doch gelingt es heutzutage, diese so gering zu halten, daß die Un-  
tersuchungen und Ergebnisse dadurch nicht oder nur sehr gering beeinflußt werden.  
Die einfachsten oder fast „idealen“ Oberflächen stellen die dicht gepackten Oberflächen mit  
tetra- oder hexagonaler Symmetrie dar. Aber auch spezielle Oberflächengeometrien mit Gräben  
oder verschiedene Microfacetten können die Grundlage für interessante Untersuchungssysteme  
sein.  
1.9.1.  
Dicht gepackte, glatte Oberflächen  
Möglichst glatte Substratoberflächen, die von verschiedenen Kristallgittertypen gebildet wer-  
den können, werden zur Untersuchung von Systemen genutzt, bei denen die Wechselwirkung  
zwischen Film und Unterlage möglichst gering sein soll. Es ist dabei u. U. möglich, für bestimmte  
Betrachtungen eine Adsorbatlage als von der Unterlage abgekoppelt anzusehen.  
Sowohl hcp- als auch fcc-Kristalle besitzen Oberflächen mit der hexagonal dichtesten Kugel-  
packung, (0001) bzw. (111). Bei fcc-Kristallen kann zusätzlich die kubisch dichte (100)-  
Oberfläche auftreten. Bei bcc-Kristallen wird für Untersuchungen auf einer glatten Oberfläche  
oft die (110)-Ebene gewählt. In der Tabelle sind für die drei o. a. Substratgitter die Geometrien  
und Größen der primitiven Elementarzellen inklusive des Flächeninhalts A [amu] angeführt:  
Gittertyp Fläche  
Geometrie und Raumerfüllung [ A aPbPsin]  
1P1P sin60L ꢀ 0,866  
hcp  
(0001)  
(111)  
1P1P sin 60L ꢀ 0,866  
fcc  
1P1P sin90L 1  
(100)  
bcc  
(110)  
1P2 3Psin54,7L0,94  
Die hcp(10 10 )-, die hcp(1210)-, die fcc(110)- und die bcc(211)-Oberflächen sind Flächen  
mit ausgesprochener Grabenstruktur.  
1.9.2.  
Die hcp-(0001)- Oberfläche des Re  
Die (0001)-Oberfläche des hcp-Kristalls repräsentiert die dichteste Kugelpackung und hat da-  
her die größtmögliche Oberflächendichte. Sie besitzt eine sechszählige Symmetrie. Abb. A 2 zeigt  
die Lage der Richtungsvektoren entlang der dicht gepackten Reihen an.  
17  
Dissertation Ronald Wagner, TEIL A – THEORETISCHE GRUNDLAGEN  
Gleichzeitig sind zwei mögliche drei-  
fach koordinierte Adsorptionsplätze an-  
gegeben; gelb ein möglicher hcp- und  
violett ein fcc-„Muldenplatz“. (Diese  
unterscheiden sich in der zweiten Sub-  
stratlage, wo sich beim hcp-Platz (Stapel-  
folge ABAB) ein Substratatom befindet,  
hingegen beim fcc-Platz (Stapelfolge  
ABCA) nicht. Zusätzlich gibt es noch  
zwei weitere ausgezeichnete Adsorpti-  
onsplätze, nämlich der zweifach koordi-  
nierte „Brückenplatz“ (zwischen zwei  
Atomen) und der einfach koordinierte  
on top“-Platz (genau auf einem Substrat-  
atom). Schließlich darf auch nicht ver-  
gessen werden, daß es sich im praktisch-  
Abb. A 2 Lage der Richtungsvektoren und mögliche Ad-  
sorptionsplätze auf der hcp-(0001)- Fläche.  
experimentellen Fall um eine „reale“ Oberfläche handelt, die durch das Auftreten von Defekten  
gekennzeichnet ist. Es ergeben sich hieraus eine Vielzahl von weiteren z. T. hoch koordinierten  
Adsorptionsplätzen, z. B. an Stufen und Kinken, an Fremdatomen oder Vakanzen.  
Die verwendete Re(0001)-Fläche hat eine Oberflächendichte von 1,52 x 1015 cm-2 und eine  
atomare Korrugation entlang der dicht gepackten Atomreihen von etwa 0,1 Å [Par96/d].  
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