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.
13
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 ꢀaPbPsinꢀ ]
1P1P sin60L ꢀ 0,866
hcp
(0001)
(111)
1P1P sin 60L ꢀ 0,866
fcc
1P1P sin90L ꢀ1
(100)
bcc
(110)
1P2 3Psin54,7Lꢀ0,94
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].
18