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Infrarot-Spektroskopie und Dampfdruckmessungen an Siliziummonoxid, Siliziumdioxid und Forsterit

Klevenz, Markus

English Title: Infrared spectroscopy and vapour pressure measurements of siliconmonoxide, silicondioxide and forsterite

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden das Verdampfen und die Kondensation von Siliziummonoxid (SiO), Siliziumdioxid (SiO2) und Forsterit (Mg2SiO4) untersucht. Zur Bestimmung der Verdampfungseigenschaften wurde, basierend auf der Effusionsmethode nach Knudsen, eine sehr sensitive Ultrahochvakuumapparatur aufgebaut. In den ersten Messungen zum Dampfdruck von SiO konnten Literaturdaten reproduziert werden. Die Kondensation der Moleküle aus der Gasphase wurde auf verschiedenen Substraten in situ mittels Infrarot(IR)-Spektroskopie untersucht. Dabei wurde unter anderem die Wechselwirkung der adsorbierenden SiO-Moleküle mit einer Silizium-Oberfläche genauer analysiert. Eine starke Verschiebung der beobachteten Schwingungsfrequenz von anfänglich 860cm-1 hin zum Bulkwert von 982cm-1 für Filmdicken unter 1,2nm konnte direkt auf Änderungen in den mikroskopischen Bindungsparametern zurückgeführt werden. Aus dickeren Filmen konnte die dielektrische Funktion von SiO bestimmt werden. Weitere Messungen zeigten, dass die Verdampfung von SiO2 ebenfalls zu einem SiO-Film mit den gleichen optischen Eigenschaften führt. Neben den Kondensationsexperimenten wurden erste IR-Messungen an einzelnen µm-großen Forsterit-Körnchen durchgeführt und mit Ensemble-Messungen verglichen. Ziel ist es, mit Hilfe dieser Labormessungen zur Klärung der Entstehung von Planetensystemen beizutragen.

Translation of abstract (English)

In the framework of this thesis, the evaporation and condensation of siliconmonoxide (SiO), silicondioxide (SiO2) and forsterite (Mg2SiO4), were examined. To determine vapour pressures and evaporation coefficients a highly sensitive ultra-high vacuum setup, based on the Knudsen effusion method, was developed. With the first measurements of the vapour pressure of SiO, literature data were reproduced. The condensation of the molecules from the gas phase, on various substrates, was monitored in situ by infrared spectroscopy. From the condensation experiments of SiO molecules on a silicon substrate, on the one hand the dielectric properties of SiO were determined, and on the other hand the interaction between substrate and adsorbing SiO molecules was studied. The latter led to an extraordinary shift of the vibrational frequency from 860cm-1 to the bulk value of 982cm-1, caused by a change of the microscopic bonding parameters. Furthermore, it was revealed that evaporation of SiO2 produces a condensed SiO-film with the same optical properties as well as the evaporation of SiO. Besides the condensation experiments, first IR-spectroscopic measurements on single micron sized forsterite grains were carried out and compared to ensemble measurements. The purpose of this work is to contribute to a better understanding of planet formation processes.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pucci, Prof. Dr. Annemarie
Date of thesis defense: 28. October 2009
Date Deposited: 06. Nov 2009 12:23
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: FT-IR-Spektroskopie, Festkörperphysik, Oberflächenphysik, Effusionsmethode, Silicate, Silicium
Uncontrolled Keywords: Siliziummonoxid , Siliziumdioxid , Forsterit , IR-Mikroskopie , PlanetenentstehungSiliconmonoxide , silicondioxide , forsterite , IR-microsopy , planet formation
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