Willkommen bei der Arbeitsgruppe Möller

Surface Science Physik auf Oberflächen: Atome und Moleküle zum Greifen nah

Die Arbeitsgruppe Möller heißt Sie herzlich auf ihren Seiten willkommen.

Oberflächen spielen in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle. Aufgrund von Reibung an Oberflächen können wir laufen, Auto fahren usw. Andererseits werden durch Reibung wertvolle Energieformen in Verlustwärme umgewandelt. Chemische Prozesse an Oberflächen führen zur Korrosion aber auch zu Katalyse. Aber auch bei der Entwicklung von immer kleineren Strukturen in der Mikroelektronik wird der Einfluss von Ober- und Grenzflächen immer wichtiger.

In der Arbeitsgruppe werden die Eigenschaften von Ober- und Grenzflächen mit einer Vielzahl von sowohl abbildenden als auch spektroskopischen Methoden untersucht.

Neuigkeiten

Kontaktelektrifizierung

Kontaktelektrifizierung und Reibungselektrizität sind allgegenwärtige Phänomene, die uns auch im täglichen Leben häufig begegnen, z.B. wenn man einen Türgriff berührt und einen leichten elektrischen Schlag bekommt. Überraschenderweise sind die zugrundeliegenden Prozesse noch immer nicht vollständig verstanden.

In unserer Gruppe haben wir eine neue experimentelle Technik ausgearbeitet, die es ermöglicht den Ladungstransfer zwischen zwei Objekten, die in Kontakt kommen, präzise zu analysieren. Grundlage dafür sind neu entwickelte elektronische Verstärker, die es erlauben sehr kleine Ladungen auf einer Zeitskala von Mikrosekunden zu messen. Zur Analyse der Kontaktelektrifizierung werden in dem Experiment kleine Kugeln mit einem Durchmesser von einem Millimeter aus einer Höhe von ein paar Zentimetern auf eine Platte fallen gelassen, so dass sie mehrfach aufspringen. Wenn man dabei die induzierte elektrisch Ladung misst, kann man genau bestimmen, welche Ladungen bei der Berührung übertragen werden.

Das Foto zeigt das Innere des experimentellen Aufbaus. Auf der linken Seite sieht man das Rad, das dazu benutzt wird, die Kugeln an den Ausgangspunkt einer in dem Bild verdeckten Kugelbahn zu bringen. Die Kugeln fallen dann durch ein kleines Loch in einen Plattenkondensator und springen dann mehrfach auf der unteren Platte. Diese ist mit einem elektronischen Verstärker verbunden, der es erlaubt, die kleine in der Platte induzierte Ladung zu messen.

Details dazu findet man hier.

Dynamics of contact electrification Mirco Kaponig, Andre Mölleken, Hermann Nienhaus und Rolf Möller

Das Video zeigt mit der roten Kurve stark verlangsamt den zeitlichen Verlauf des Messsignals. Daraus lässt die blau dargestellte, geometrische Flugbahn berechnen. Zwischen aufeinanderfolgenden Kontakten bleibt das Verhältnis der beiden Größen konstant, es ist bis auf eine durch die Geometrie bestimme Konstante durch die elektrische Ladung auf der Kugel gegeben.

Elektronische Eigenschaften von Heterostrukturen

In unseren Experimenten können wir zeigen, dass sich das aus der Festkörperphysik wohlbekannte Phänomen der Entstehung von Bandlücken bei geeigneten Probensystemen direkt auf der Oberfläche beobachten lässt. Hierzu untersuchen wir mit dem Rastertunnelmikroskop (STM) monoatomar dünne Salzinseln auf ausgewählten einkristallinen Edelmetallen. Kristallographisch ist dieses Wachstum mehr als knifflig, da die kubische Anordnung der Natrium- und Chlorionen des Salzkristalls geometrisch nicht zur hexagonalen Oberfläche der Edelmetalle passt. Es kommt zu mechanischen Verspannungen, die nur durch die Ausbildung eines Verzerrungsgitters gelöst werden können. Dieses eindimensionale periodische Gitter erinnert in seiner Form an ein Waschbrett, bestehend aus parallelen in gleichmäßigem Abstand angeordneten Streben. Ziel unserer aktuellen Forschung ist es, der Wirkung dieses „Waschbretts“ auf die quantenmechanische Wellenfunktion der Elektronen auf den Grund zu gehen und die interessante und komplexe Physik zu verstehen. Mehr

Zwei gegeneinander verzögerte THz-Pulse (blau) induzieren ultraschnelle Spannungstransienten in dem Tunnelübergang, um die Dynamik einzelner Nanoobjekte (grün) zu analysieren.

Terahertz STM

Ultraschnelle Dynamik adsorbierter Nanoobjekte

Aufgrund seiner hohen räumlichen Auflösung ist die Rastertunnelmikroskopie (STM) die Methode der Wahl einzelne Nanoobjekte auf Oberflächen zu untersuchen, bzw. zu adressieren oder zu manipulieren. Viele solcher Nanoobjekte, sein es Atome, Moleküle oder Nanostrukturen, zeigen eine reiche Dynamik, wie z.B. Ladungstransfer, Spin- oder Schwingungsanregung oder auch Konformationsänderungen, die meist zu schnell abläuft, um sie mit einem konventionellen STM auflösen zu können. Dies ist darin begründet, dass die eigentliche Messgröße, der Tunnelstrom, relativ klein ist und damit verbunden der Nachweis relativ langsam ist (mit einer Zeitauflösung in der Größenordnung von Millisekunden).

Snapshots der Oberflächenreaktion. Die obere Reihe zeigt die STM Aufnahmen und die untere Reihe die zugehörigen Strukturmodelle der Zwischenzustände.

Details einer chemischen Reaktion

Unsere Ergebnisse zur chemischen Umwandlung des organischen Moleküle FeOEP sind vor kurzem in der Fachzeitschrift Chemical Communications erschienen. Darin zeigen wir, dass die statistische Analyse der im STM abgebildeten Zwischenzustände einer chemischen Oberflächenreaktion es erlaubt, den Reaktionspfad zu entschlüsseln. In Kombination mit einer numerischen Rechnung konnten wir die Messergebnisse präzise simulieren und daraus die einzelnen Aktivierungsenergien bestimmen.

Hier gehts zur Publikation: Following the steps of a reaction by direct imaging of many individual molecules D. van Vörden, B. Wortmann, N. Schmidt, M. Lange, R. Robles, L. Brendel, C.A. Bobisch and R. Möller, Chem Commun. 52, 7711 (2016)

STM Topografiedaten der beiden CO Phasen, zwischen denen mit dem elektrischen Feld unter der STM Spitze geschaltet werden kann.

10.2.2016 Unsere Veröffentlichung in Nanoletters

Im einen Moment erscheint ein Perlmuster, im nächsten ein Lochmuster. Eine geschlossene Lage von CO Molekülen auf einer Cu(111) Oberfläche läßt sich im Rastertunnelkmikroskop zwischen zwei strukturellen Phasen hin- und herschalten, analysieren und erlaubt die Kodierung von Oberflächen mit geschriebenen Mustern. Zusammen mit unseren Kooperationspartner aus San Sebastian und Barcelona haben wir unsere Ergebnisse zur Analyse des strukturellen Phasenübergangs der CO Schicht in der Fachzeitschrift Nano Letters veröffentlicht....mehr....

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1.7.2014 Lehrpreis 2014 der UDE für Christian Bobisch

Dr. Christian Bobisch ist am Dies Academicus zum zweiten Mal innerhalb kurzer Zeit ausgezeichnet worden. Er erhielt den Lehrpreis der Universität Duisburg-Essen. Dieser ist mit mit 5000 € dotiert, die für die weitere Verbessung der Lehre eingesetzt werden können. Der Preis wird von Christian Bobisch insbesondere dewegen als besonders wichtig empfunden, da die Studierenden selbst, hier repräsentiert durch den Fachschaftsrat Physik die Nominierung vornehmen. Auf der Festveranstaltung wurde insbesondere seine Entwicklung und Integration neuer Lehr- und Lernmethoden für das Fach Physik hervorgehoben.