DFG-Sonderforschungsbereich 290 B3 - Das System Co / Re(0001)

Wie beim Silber/Re-System haben wir auch beim System Kobalt/Re(0001) einerseits das temperatur- und bedeckungsgradabhängige Keimbildungs- und Wachstumsverhalten mit LEED und STM studiert, andererseits aber auch wieder die Energetik, Kinetik und die chemische Wechselwirkung mit Hilfe von TDS, XPS und Df verfolgt. Es sei gleich vorausgeschickt, daß sich bei diesem System erstmals massive und direkte Hinweise auf die Bildung von Legierungen im Oberflächenbereich ergeben haben, auf die wir in der nachfolgenden Beschreibung besonders eingehen werden.

Das Wachstum und die Morphologie von dünnen Cobalt-Filmen auf einer Re(0001)- Oberfläche bei 300, 400 und 550K wurde im Bedeckungsgradbereich von 0 bis 6ML durch kombinierte LEED- und STM- Messungen untersucht. Die Wechselwirkungsphänomene sind komplex und hängen stark von der Temperatur ab. Bei 300K wächst Co homogen auf Terrassen und heterogen an Stufen auf, wobei sich dendritische Inseln bilden. Größere Co- Bedeckungen rufen ein unvollständiges Lagenwachstum hervor. Interdiffusion und Legierungsbildung spielen eine untergeordnete Rolle bei 300K, werden aber dominant für T>400K. Dann bilden sich nämlich verschiedene (2x2)- Phasen in der ersten Co-Re-Bilage aus, eine in der Re- Substratoberfläche, die andere in den Co- Inseln. Die (2x2)- Phase kann mit dem Auftreten von Co/Re-Oberflächenlegierungen verschiedener Stöchiometrie in Zusammenhang gebracht werden, abhängig von der Co- Bedeckung. Wenn die Co- Bedeckung 2ML überschreitet, wachsen echte, aber unvollständige Co- Lagen auf. In der dritten und vierten Co- Lage werden im STM dreieckige periodische Strukturen mit einer Gitterkonstante von etwa 28Å beobachtet, gefolgt von Moirè- Mustern für Q>4ML. Beide Muster erzeugen unvollständige (10x10)- LEED- Überstrukturen. Nach dem Wachstum der fünften und sechsten Lage ist der Co-Re- Gittermisfit überwunden, und Co wächst Lage für Lage nach einem Pseudo- Frank-van-der-Merwe- Mechanismus auf. (Der Wechsel im Wachstumsmechanismus kann auch als reentrant layer - by - layer - growth bezeichnet werden.)

Verschiedene Beobachtungen lassen darauf schließen, daß sich die Oberflächenlegierung beim Aufwachsen der zweiten Lage wieder auflöst. Die Wechselwirkungen zwischen Co und Re sind nicht so groß, daß sie sich in einer XPS- Bindungsverschiebung der Rumpfelektronen der beteiligten Metalle bemerkbar machen würden. Die Desorptionsenergie liegt in der gleichen Größenordnung wie die Sublimationsenergie (DH_sub=391.2kJ/mol). Lediglich die Desorption aus der ersten Lage erfolgt mit E_des,max=408kJ/mol.

D. Schlatterbeck, „Energetik, Kinetik und Struktur beim Wachstum dünner Silber- und Kobaltfilme auf einer Rhenium(0001)-Oberfläche“, Inaugural-Dissertation, FU Berlin, 1998