Wir haben das Wachstum von Rh auf Rh(0001) bei T=300 K und für T>400K mit LEED, STM, TDS, XPS und AES studiert. STM-Messungen belegen, daß Rh bei T=300 K bereits im Submonolagenbereich in Form von dreidimensionalen Aggregaten (Clustern) aufwächst, weil sowohl die Rh-Re- als auch die Rh-Rh -Wechselwirkung sehr stark und die Mobilität der Rh-Atome entsprechend eingeschränkt ist. Trotz relativ ähnlicher Oberflächenspannungen der beiden Metalle finden wir ein ausgeprägtes Volmer-Weber-Wachstum, das - wie die XPS-Messungen (s.u.) belegen - bei erhöhten Temperaturen sogar noch ausgeprägter ist als bei 300K. Dies zeigt, daß das Wachstum von Rhodium auf Rhenium zumindest im hier untersuchten Temperaturbereich weitgehend kinetisch und nicht thermodynamisch bestimmt ist.
Exemplarisch für unsere STM-Messungen präsentieren wir als Abb. 1 einen 1200Å x 1200Å großen Bildausschnitt nach der Raumtemperaturdeposition von etwa 0.35ML Rhodium auf die Re(0001)-Oberfläche; im Bild ist im wesentlichen eine breite Terrasse sichtbar, die links unten und rechts oben von monoatomaren Stufen begrenzt wird. Deutlich sieht man die heterogene und homogene Keimbildung an den Stufenrändern bzw. auf den flachen Terrassen. Die Tendenz zur Bildung dreidimensionaler Aggregate bereits in diesem frühen Stadium demonstrieren wir mit Hilfe eine Höhenprofils (oben rechts), das wir über das in der Bildmitte befindliche Rh-Aggregat gelegt haben und das eindeutig zeigt, daß hier quasi zwei Rh-Atome übereinander angeordnet sind.
Abb. 1. Rastertunnelmikroskopische Aufnahme (1192Å x 1192Å) einer ausgedehnten Rhenium-Terrasse, die mit etwa 0.35ML Rhodium bei 300K bedampft wurde. In der Bildmitte wurde über ein Rh-Aggregat ein Höhenprofil gelegt, das oben rechts dargestellt ist und deutlich zeigt, daß zwei Rh-Atome übereinander gestapelt sind.
Abb. 2: temperatur- und bedeckungsgradabhängige XPS-Messungen der Rh 3d- und der Re 4d- und 4f-Rumpfniveau-Signale - belegt eindeutig, daß bei erhöhten Substrattemperaturen die Abschwächung des Substratsignals und parallel die Zunahme der Filmmaterialintensität ab einer bestimmten kritischen Bedeckung (über die wir aber noch keine Aussage machen können) viel geringer ausfällt als bei 300K. Man beachte das Einknicken der (bei 300K kontinuierlich weiterlaufenden) 850K-Signale nach einer Aufdampfzeit von etwa 700 Sekunden. Dies suggeriert ein bei T > 800 K verstärktes Clusterwachstum, das durch die höhere Diffusivität der Rh-Atome bedingt ist, die sich dann aufgrund attraktiver Rh-Rh- Wechselwirkungen eher an bereits bestehende Rh- Cluster anlagern als neue Keime auf der Re-Oberfläche bilden. Da aber unsere Arbeiten an diesem System, insbesondere die STM- Experimente, noch nicht abgeschlossen sind, können wir hier noch nicht konkreter werden.
Massenspektrometrische Experimente zur thermischen Desorption von Rh stützen die Vorstellung von einer starken Rh-Re-Wechselwirkung und weisen darüber hinaus auf eine Vermischung der beiden Elemente bei hohen Temperaturen hin. Unabhängig von der Rh-Vorbedeckung finden wir nämlich immer nur einen einzigen Desorptionszustand bei über 1800K, der einer Kinetik erster Ordnung folgt; eine Abschätzung der Aktivierungsenergie der Desorption liefert den ungewöhnlich hohen Wert von etwa 460kJ/Mol.
O. Kurtz, “Das Wachstum von Rhodium auf einer Graphit(0001)- und einer Rhenium(0001)- Oberfläche“, Inaugural-Dissertation, FU Berlin, 1999
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