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Oberflächenzustände auf Kobalt

 

Im vorherigen Abschnitt haben wir im wesentlichen die Volumenzustände im unbesetzten Bereich der Bandstruktur entlang - diskutiert. Die Existenz der Festkörperoberfläche und die damit verbundene Symmetriebrechung führt zur Modifikationen der elektronischen Struktur im Bereich der Oberfläche. Es treten zusätzlich zu den Volumenzuständen auch Oberflächenzustände auf. Diese befinden sich vornehmlich in den Bandlücken der Volumenbandstruktur.

Im Abschnitt 2.3 auf Seite gif ist eine kurze theoretische Beschreibung von Oberflächenzuständen im Rahmen eines Multireflexionsmodells gegeben worden. Dieses Modell unterscheidet zwei Klassen von Oberflächenzuständen.

  1. Kristallinduzierte Oberflächenzustände, deren Wellenfunktionen keinen Knoten (n=0) außerhalb des Kristalls besitzen.
  2. Bildkraftinduzierte Oberflächenzustände (Bildkraftzustände), deren Wellenfunktionen n-Knoten () außerhalb des Kristalls aufweisen.

Der Trennung der Oberflächenzustände in zwei Klassen ist nicht willkürlich, sondern folgt dem sehr unterschiedlichen physikalischen Verhalten auf Änderungen der oberflächennahen Bandstruktur. Während kristallinduzierte Oberflächenzustände bei Adsorption von Fremdatomen verschwinden, können Bildkraftzustände durch die Änderung der Austrittsarbeit energetisch verschoben werden, ohne dabei zu verschwinden. Wie läßt sich das verstehen ? Die Abbildung 5.13 zeigt schematisch die Wellenfunktionen für die verschiedenen Oberflächenzustände n=0, n=1 und n=2. Während die kristallinduzierten Oberflächenzustände ihre maximale Aufenthaltswahrscheinlichkeit in den obersten Atomlagen des Festkörpers haben, sind die maximalen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Bildkraftzustände deutlich vor der Oberfläche zu finden. Die kristallinduzierten Oberflächenzustände reagieren durch den Überlapp ihrer Wellenfunktionen mit der Volumenbandstruktur wesentlich stärker auf Änderungen in der oberflächennahen elektronischen Struktur. Bei den Bildkraftzuständen hingegen ist der Überlapp der Wellenfunktionen mit der Bandstruktur sehr gering und nimmt mit steigender Knotenzahl rasch ab. Daher reagieren die Bildkraftzustände auch wesentlich schwächer auf Änderungen der oberflächennahen Bandstruktur. Ihre Energielage wird weitestgehend von der Austrittsarbeit bestimmt (siehe MR-Modell).

 
Abbildung:   Schematische Wellenfunktionen der Oberflächenzustände. Oben: Kristallinduzierter Oberflächenzustand mit n=0. Darunter die ersten beiden bildkraftinduzierten Oberflächenzustände mit n=1 und n=2 [Sen86].

Dieser Aufteilung folgend werden zunächst die kristallinduzierten Oberflächenzustände behandelt, bevor im Abschnitt 5.2.2 auf die Bildkraftzustände eingegangen wird.




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Bode Sven
Wed Sep 3 11:00:17 MET DST 1997