English Title: On the Investigation of Excitations at Single Crystalline Metal Surfaces in the Mid and Far Infrared by Means of Vibrational Spectroscopy

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Abstract

In dieser Arbeit wurden einkristalline Metalloberflächen und deren Wechselwirkung mit Adsorbaten mittels Schwingungsspektroskopie im Ultrahochvakuum (UHV) charakterisiert. Die untersuchten Systeme reichen von der glatten, unbedeckten Oberfläche über aufgeraute und oxidierte Oberflächen bis hin zu anorganischen und organischen Adsorbaten auf den Oberflächen: Die Existenz des akustischen Oberflächenplasmons der Cu(111)-Oberfläche wurde bestätigt; bisherige Annahmen über seine Gruppengeschwindigkeit konnten korrigiert werden. Es konnte weiter gezeigt werden, dass die dissoziative Adsorption von Sauerstoff auf der Cu(110)-Oberfläche zu einer anisotropen, aber in beide Hauptsymmetrierichtungen von Null verschiedenen Änderung des Oberflächenwiderstands führt. Die erste schwingungsspektroskopische Untersuchung der Adsorption von CO auf Au(111) unter UHV-Bedingungen brachte den Nachweis einer chemischen Wechselwirkung zwischen Molekül und glatter Oberfläche. Aufgeraute Cu(110)-Oberflächen weisen wie raue Cu(111)-Oberflächen niederenergetische Anregungen auf, die als Schwingungen von unterkoordinierten Atomen an Stufenkanten oder als an Adatom-Inseln lokalisierte plasmonische Anregungen interpretiert werden können. Aufrauung des Substrats auf atomarer Größenordnung führt zu einer signifikanten Änderung der Schwingungsspektren der Adsorbate CO auf Au(111) und Ethen auf Cu(110). HTMGT, ein großes guanidinyl-funktionalisiertes Aromat, bildet auf Au(111) bei Bedeckungen in der Submonolage Oberflächenkomplexe, deren Infrarotspektren denen des HTMGT-Kations ähneln. Tiefe Substrattemperaturen unterdrücken die Ausbildung solcher Komplexe effektiv.

Translation of abstract (English)

Single crystalline metal surfaces and their interaction with adsorbates have been characterized by means of ultra high vacuum (UHV) vibrational spectroscopy. A rich variety of systems ranging from the smooth bare surface and rough or oxidized surfaces unto surfaces covered with inorganic and organic adsorbates have been investigated: The existence of the acoustic surface plasmon of the Cu(111) surface has been confirmed and details of its dispersion relation were clarified. It was demonstrated that the dissociative adsorption of oxygen onto the Cu(110) surface leads to a change in surface resistance which is anisotropic but finite in both high symmetry directions. The first vibrational spectroscopic investigation under UHV conditions of CO adsorbed on Au(111) is presented indicating that chemical interaction between molecule and the smooth surface takes place. As observed for the rough Cu(111) surface, roughened Cu(110) surfaces feature low-energetic excitations that can be interpreted as vibrations of low-coordinated atoms at step-edges or as plasmonic excitations localized in islands of adatoms. The introduction of atomic scale roughness of the substrate causes significant changes in the spectra of the adsorbates CO on Au(111) and ethene on Cu(110). If submonolayer amounts of HTMGT, a large guanidinyl-functionalized aromatic molecule, are prepared on Au(111), it forms surface complexes whose infrared spectra are similar to those of the HTMGT cation. Low substrate temperatures suppress the formation of such complexes effectively.