KurzfassungDiese Dissertation beschäftigt sich mit der besetzten und unbesetzten elektronischen Struktur von Lanthanidmaterialien.
Mit oberflächenempfindlicher elektronenangeregter Röntgenemissionsspektroskopie (XES) konnte erstmals, getrennt voneinander, die partielle Oberflächen- und Volumenzustandsdichte für die Metalle Lanthan, Lutetium und Samarium experimentell bestimmt werden. Bei den untersuchten Lanthanidmetallen stimmt die experimentelle Volumenzustandsdichte gut mit den von Danzenbächer [Dan98] berechneten Zustandsdichten überein. Im Vergleich von Theorie und Experiment wurde unsere Erwartung bestätigt, daß s-artige O3-Emission im Verhältnis von 3:1 gegenüber d-artiger O3-Röntgenemission favorisiert wird. Ein Oberflächenzustand - bekannt aus Photoemissionsmessungen [WeK95] - wurde in keinem XE-Spektrum beobachtet. Der dZ2-artige Oberflächenzustand wird nach einer theoretischen Berechnung der Übergangswahrscheinlichkeit um mehr als eine Größenordnung gegenüber s-artigen Emissionen aus dem Valenzband unterdrückt. Im Fall von Samarium konnten Satellitenemissionen im XE-Spektrum identifiziert werden. Dabei waren Photoemissionsmessungen zur Ermittlung der Bindungsenergie des 5p-1-Zustands sowie eine erstmalige Bestimmung der 5p-Replica-Verschiebung notwendig. Als Voraussetzung für die Bestimmung der Zustandsdichte von Samarium wurde ein Modell zur Erzeugung von IPE-Untergrundstrahlung in XE entwickelt. Diese IPE-Emission wird durch Auger-Elektronen verursacht, die bei strahlungslosen Relaxationsprozessen der 5p-Rumpfniveaulöcher entstehen. Die Abwesenheit der O2-Röntgenemission in allen drei Lanthanidmetallen konnte mit intensiven Auger-Zerfällen des 5p1/2-Loches erklärt werden. Insgesamt wurden mit der vorliegenden Arbeit die Grundlagen für weitere oberflächenempfindliche XE-Messungen geschaffen, z.B. an den 3d-Übergangsmetallen.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die besetzte und unbesetzte elektronische Struktur der Lanthan-Chalkogenide LaS, LaSe und LaTe erstmals experimentell bestimmt. Photoemissionsspektren zeigen gute Übereinstimmung mit der Theorie [SMP92]. Insbesondere konnte dabei die Verschiebung des 5p-1-Zustands in LaS und LaSe gegenüber Lanthanmetall ermittelt werden. Durch Messungen der O3-Röntgenemission an LaS, LaSe und LaTe konnte der Transfer der s-artigen Valenzbandelektronen vom Lanthanatom zum Chalkogenatom experimentell nachgewiesen werden. Die Bindungsenergie des -Zustands am Lanthanatom der Lanthan-Chalkogenide wurde bestimmt; sie zeigt sehr gute Übereinstimmung mit in einem thermochemischen Modell [JoM87] berechneten Werten. Die Oberflächen-Rumpfniveau-Verschiebung der Lanthan-Chalkogenide ist etwa 25 % kleiner als bei Lanthanmetall. Außerdem wird ein theoretisches Modell beschrieben, das größere Bindungsenergie-Verschiebungen der Rumpfniveaus in der Photoemission und kleinere Verschiebungen in der inversen Photoemission beim Übergang von Lanthanmetall zur Lanthan-Chalkogenid-Verbindung erklärt. Durch die IPE-Ergebnisse dieser Arbeit konnte eine korrekte Zuordnung von Übergängen in kontrovers diskutierten MOKE-Messungen [PSH97,SWH99] vorgenommen werden.
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Inhaltsverzeichnis
(Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis, Liste häufig verwendeter Akronyme und Variablen)
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Photoemission und inverse Photoemission
2.2 Röntgenemissionsspektroskopie
(Locherzeugung durch Elektronenstoß, Spektroskopische Trennung
von Oberflächen- und Volumenemission, Nebeneffekte bei
Röntgenemissionsspektroskopie)
2.3 Endzustandsregel und Vergleich experimenteller Methoden
3 Experimentelle Grundlagen
3.1 IPE-Spektrometer
(Probenhalter, Elektronenkanone, Gitterspektrometer,
Energieeichung des Gitterspektrometers, Spektrometer-
Auflösung, Normierung auf Detektorempfindlichkeit)
3.2 Photoemissionsmessungen
3.3 Bestimmung der Austrittsarbeiten
3.4 Probenpräparation
4 Valenzbandzustandsdichte im Volumen und an der Oberfläche
von Lanthan, Lutetium und Samarium
4.1 Valenzbandzustandsdichte von Lanthanmetall
(Analyse der Lanthan O3-XE-Spektren, Bestimmung der
partiellen Zustandsdichten in Lanthanmetall an der
Oberfläche und im Volumen, Abwesenheit des Oberflächen-
zustands in den O3-Röntgenemissionsspektren von Lanthan-
metall, Vergleich mit theoretischer (partieller) Zustandsdichte)
4.2 Valenzbandzustandsdichte von Lutetiummetall
4.3 Valenzbandzustandsdichte von Samariummetall
(Photoemission an den 5p-Niveaus von Samariummetall, Probleme bei
der Normierung der O3-XE-Spektren von Samariummetall,
Satellitenstrukturen in O3-XE, Strukturierter Untergrund
in O3-XE in Samariummetall, Einfluß von Auger-Prozessen
auf Röntgenemissionsspektren, Auger-IPE in Lanthan, Lutetium
und Samarium, Spezieller Untergrund in der O3-XE an
Samariummetall, Analyse der O3-Röntgenemission in Samariummetall)
4.4 Überblick über Valenzbandzustandsdichten an Lanthanidmetallen
(Überblick über Valenzbandzustandsdichten an Lanthanidmetallen,
Verschwinden der O2-Röntgenemission)
5 Elektronische Struktur der Lanthan-Chalkogenide LaS, LaSe und LaTe
5.1 Eigenschaften und Bandstruktur von LaS, LaSe und LaTe
5.2 Probenpräparation bei LaS, LaSe und LaTe
5.3 Valenzband- und Rumpfniveauzustände in LaS, LaSe und LaTe
(Direkte und inverse Photoemission an Valenzzuständen, 4f1-Zustand
in LaS, LaSe und LaTe, Modell der Rumpfniveau-Bindungsenergien
in LaX-Verbindungen)
5.4 Vergleich von MOKE- und IPE-Messungen am 4f1-Zustand
5.5 Valenzbandzustandsdichte am Lanthanatom in LaS,LaSe und LaTe
(Photoemission am 5p-1-Zustand in LaS und LaSe, Partielle
Valenzbandzustandsdichte am Lanthanatom in LaS, LaSe und LaTe
6 Zusammenfassung und Ausblick
Anhang
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HerunterladenDie Doktorarbeit ist in Deutsch erstellt worden.
Zum Herunterladen stehen hier alle Kapitel (PDF) zur Verfügung. (Link wurde am 20.Okt.2015 aktualisiert.)
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