Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3917
Emundts, Arndt
Morphologie und Energetik kleiner Bleikristalle untersucht mit Rastertunnel- und Rasterelektronenmikroskopie
VIII. 170 S., 2001
Durch genaue Vermessung der Gleichgewichtsform von Kristallen können vielfältige
Informationen über die Oberflächenenergetik gewonnen werden. Dazu ist ein Messsy-
stem entwickelt und aufgebaut worden, das die gleichzeitige Betrachtung der Probe
mit Rastertunnel- und Rasterelektronenmikroskopie erlaubt. Untersucht wird in dieser
Arbeit die Form kleiner Bleikristalle, wobei von zentraler Bedeutung die Frage nach
der Annahme des thermodynamischen Gleichgewichts ist. Dazu sind Messungen der
Kristallform bei verschiedenen Temperaturen im Bereich zwischen 300 K und 510 K
mit einem temperaturvariablen Rastertunnelmikroskop durchgeführt worden. Die
Temperaturabhängigkeit der Form der auf den Kristallen befindlichen (111)-Facetten
wird zur Absolutbestimmung von Kinken- und Stufenbildungsenergien verwendet.
Dabei wird gezeigt, dass die Mitberücksichtigung phononischer Beiträge kaum einen
Einfluss auf die erhaltenen Zahlenwerte hat. Der gemessene Verlauf des an die Facette
angrenzenden Vizinalbereichs kann durch einen universalen Exponenten beschrieben
werden, der sich zu 1,51 ± 0,06 ergibt. Dies ist in sehr guter Übereinstimmung mit
dem Pokrovsky-Talapov-Exponenten von 3/2. Somit kann die Stufenwechselwirkungs-
energie abgeschätzt werden. Des weiteren erlaubt die geometrische Vermessung der
dreidimensionalen regulären Kristallform, unter Zuhilfenahme einer zuvor absolut
bestimmten freien Stufenenergie, auch die Absolutbestimmung der freien Oberflächen-
energien niedrig indizierter Facettenorientierungen und der freien Stufenenergien der
dazugehörigen Vizinalflächen. Schließlich wird in dieser Arbeit eine neue Methode
zur Bestimmung absoluter Energien vorgestellt, bei der die Temperaturvariation des
Facettenradius herangezogen wird.
Precise measurements of the equilibrium crystal shape yield information on various
surface energetic parameters. For this reason a system combining scanning tunneling
and scanning electron microscopy has been developed and built up. In this work the
shape of small lead crystals is investigated. A major issue is the achievement of the
thermodynamic equilibrium. Therefore measurements of the crystal shape have been
performed at several temperatures in the range between 300 K and 510 K using a
variable-temperature scanning tunneling microscope. The temperature dependence of
the shape of the (lll)-facets, which form on the crystals, is used for the absolute
determination of kink and step formation energies. In this context it is shown that
contributions due to phonons have hardly any effect on the values obtained. The
measured shape of the area vicinal to the facet can be described by a universal exponent
of 1.51 ± 0.06. This is in very good agreement with the Pokrovsky- Talapov exponent
of 3/2. Hence the step interaction energy can be estimated. By using the step free
energies determined before, geometric measurement of the regular three-dimensional
crystal shape also allows the absolute determination of the surface free energies of low-
index facet orientations and the step free energies of the corresponding vicinal areas.
Eventually a new method for the determination of absolute energies is presented, which
makes use of the temperature variation of the facet radius.
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