Inhaltsverzeichnis
1\. Einleitung
2\. Experimenteller Aufbau
3\. 2PPE von Oberflächenzuständen auf Cu(111)
4\. Bildladungszustände auf physisorbierten Adsorbatschichten und das Modell
des dielektrischen Kontinuums
5\. Hetero-Schichtsysteme auf Cu(111)
6\. 2PPE von Benzol auf Cu(111)
7\. Abschließende ZusammenfassungDie Elektronendynamik der Cu(111)-Oberfläche mit den physisorbierten
Adsorbaten Xe, N2 und O2 sowie dem Chemisorbat Benzol wurde mit
zeitaufgelöster Zwei-Photonen-Photoemission (2PPE) untersucht.
Die unbesetzten elektronischen Zustände der Physisorbat-Systeme sind vom Typ
der Bildladungszustände der sauberen Metalloberfläche. Sie sind sehr
empfindlich auf Art und Zahl der Adsorbat-Lagen, wie am Beispiel von Xe und N2
gezeigt wird. Diese Abhängigkeit beruht auf den Kontinuums-Eigenschaften der
Adsorbate (Elektronenaffinität, Dielektrizitätskonstante und Leitungsband-
Dispersion) und wird durch das Modell des dielektrischen Kontinuums
beschrieben.
Die Untersuchungen werden auf die Hetero-Schichtsysteme N2/Xe und O2/Xe auf
Cu(111) ausgedehnt. Die Lebensdauer des ersten unbesetzten Zustands von
O2/Xe/Cu(111) zeigt eine resonanzartige Abhängigkeit von der Zahl der Xe-
Zwischenlagen, die auf eine Kopplung mit dem niedrigsten unbesetzten
O2-Orbital zurückgeführt wird. Die unbesetzten Zustände von N2/Xe/Cu(111) sind
Bildladungszustände mit hohen Lebensdauern von bis zu 1.6 ps. Bei ihnen tritt
zusätzlich zum Zerfall ins Substrat-Volumen eine Intraband-Relaxation parallel
zur Oberfläche auf. Diese wird auf die Anregung niederenergetischer
N2-Schwingungen zurückgeführt, eines der ersten Beispiele für Energietransfer
von Elektronen in Bildladungszuständen auf Adsorbat-Kernkoordinaten.
Bei Benzol auf Cu(111) zeigen die Bildladungszustände eine deutliche
Abhängigkeit von der Morphologie der C6H6-Lagen. Ein unbesetzter Zustand, der
als Endzustand im 2PPE-Prozess auftritt, wird dem b2g-Orbital des Benzols
zugeordnet.
Zusätzlich wird demonstriert, dass der genaue Anregungspfad des 2PPE-Prozesses
aufgrund der Abhängigkeit des Signals von der Laserlicht-Polarisation
identifiziert werden kann. Für verschiedene Fälle direkter Anregung (ohne
zusätzliche Streuprozesse) werden analytische Ausdrücke für Spektrum und
Zeitverhalten hergeleitet.The electron dynamics of the Cu(111) surface with the physisorbed adsorbates
Xe, N2, and O2 and the chemisorbate benzene have been studied with time-
resolved two-photon photoemission (2PPE) spectroscopy.
The unoccupied electronic states in the physisorbate systems resemble the
image potential states of the clean metal surface. They are very sensitive to
the adsorbed species and the number of adsorbed layers, as shown for Xe and
N2. The influence is due to the continuum properties of the adsorbates (the
electron affinity, the dielectric constant, and the conduction band
dispersion) as described by the dielectric continuum model.
The studies are extended to the heterolayer systems N2/Xe and O2/Xe on
Cu(111). The lifetime of the first unoccupied state of O2/Xe/Cu(111) displays
a resonance-like dependence on the number of Xe spacer layers. This is
attributed to coupling with the lowest unoccupied O2 orbital. The unoccupied
states in N2/Xe/Cu(111) are image potential states with long lifetimes of up
to 1.6 ps. In addition to the decay to the substrate bulk they exhibit
intraband relaxation parallel to the surface. This is attributed to the
excitation of low-energetic N2 vibrations and is one of the first examples for
energy transfer from electrons in image potential states to nuclear
coordinates of adsorbates.
In benzene on Cu(111), the image potential states display a pronounced
dependence on the morphology of the C6H6 layers. An unoccupied state, which
acts as a final state in the 2PPE process, is assigned to the b2g level of
benzene.
It is additionally demonstrated that the exact excitation pathway of the 2PPE
process can be identified by the dependence of the signal on the laser light
polarization. Analytic expressions for the spectra and the temporal behavior
have been developed for various scenarios of direct excitation where
additional scattering processes are negligible
