Composition and geometric structure of ultrathin oxide films

Abstract

In dieser Arbeit wird Zusammensetzung und geometrische Struktur von Bariumtitanat - abgeleiteten ultradünnen Schichten, insbesondere Oxid-Quasikristallen (OQC) bestimmt. Nach einer Einführung in die Ziele der Arbeit werden die untersuchten Systeme BaTiO3, SrTiO3, Pt(111) und OQC vorgestellt und die verwendeten Techniken beschrieben mit einem Schwerpunkt auf Extended X-Ray Absorption Fine Structure (EXAFS). EXAFS-Modulationen werden mit einer neuen Projektionsmethode analysiert, die genauere Startwerte für Bindungslängen liefert als die Fourier-Transformation. Mit EXAFS werden die Ti-O- und Ti-Pt-Bindungslängen in einem BTO-basierten ultradünnen Film erstmals experimentell bestimmt. Zusätzlich werden Wachstum und Zerfall des OQC mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie verfolgt. Die Veränderungen in den Spektren zeigen, dass gleichzeitig mit der Benetzung der Pt-Oberfläche Ti von 4+ auf 3+ reduziert wird und die Anzahl der koordinierenden O-Atome abnimmt.

In this thesis the composition and geometric structure of barium titanate - derived ultrathin films, specially oxide quasicrystals (OQC) are determined. After an introduction about the aims of the work, the investigated systems, BaTiO3, SrTiO3, Pt(111), and OQC, are presented, followed by explaining the employed techniques with an emphasis on extended x-ray absorption fine structure (EXAFS). For the analysis of EXAFS modulations a new projection method is developed, which yields more accurate initial values for bond lengths than the Fourier transformation. Employing EXAFS on a BTO-derived ultrathin film, the Ti-O and the Ti-Pt bond lengths have experimentally been determined for the first time. In addition, growth and decay of the BTO-derived OQC have been monitored using X-ray photoelectron spectroscopy. The changes in the spectra show that simultaneously to the rewetting of the Pt surface Ti is reduced from 4+ to 3+ and the number of coordinating O atoms decreases.