English Title: Surface Enhanced Infrared Absorption (SEIRA) on rough copper films studied in ultra-high vacuum (UHV)

Preview

PDF, German Download (6MB) | Terms of use

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zum Effekt der oberflächenverstärkten Infrarotabsorption (SEIRA) auf unterschiedlichen Kupferoberflächen im Ultrahochvakuum durchgeführt. Dazu wurden Adsorbate auf ultradünnen Kupferfilmen von wenigen Nanometern Dicke sowie auf einem Cu(111)-Einkristall mittels IR-Transmissions- und IR-Reflexionsspektroskopie untersucht. Das wichtigste Adsorbatmolekül war hierbei das Ethylen, da hierzu zahlreiche vergleichende SERS-Daten vorliegen (SERS=oberflächenverstärkte Raman-Streuung). Abhängig von Filmdicke, Filmpräparationstemperatur und Gasangebotstemperatur unterscheiden sich die erhaltenen Schwingungsspektren in Anzahl und Größe der Absorptionsbanden sowie in der Größe der breitbandigen Basislinienverschiebung. Die Anzahl der beobachtbaren Banden hängt entscheidend von der Morphologie und dem Grad der atomaren Rauigkeit der Metallfilme ab. Für die unterschiedlichen Schwingungsbanden des Ethylen liegen unterschiedliche Verstärkungmechanismen vor. Einige der im freien Ethylenmolekül Raman-aktiven Schwingungen werden über eine sog. first-layer-Verstärkung verstärkt, die IR-aktiven Moden dagegen über Feldverstärkung. Für die IR-Moden konnte unterhalb der Kondensationstemperatur eine Feldverstärkung von etwa einer Größenordnung bestimmt werden. Für das Auftreten der first-layer-verstärkten Banden sind Adsorptionsplätze atomarer Rauigkeit erforderlich. Die first-layer-Verstärkung konnte durch Koadsorptionsexperimente mit CO eindeutig nachgewiesen werden. Koadsorptionsexperimente von Ethylen mit Sauerstoff dienten der Untersuchung des aus der Raman-Spektroskopie bekannten Effekts des Auslöschens einiger Ethylen-Schwingungsbanden durch Sauerstoff-Nachbegasung.

Translation of abstract (English)

The main topic of this work was the investigation of the SEIRA-effect of adsorbates on rough copper films of different morphologies in UHV. Therefore ultrathin copper films with a thickness of a few nanometers were prepared and exposed to different adsorbate gases, mainly ethylene. For this system quite a lot of measurements are known from literature for studying the SERS-effect (SERS=Surface Enhanced Raman-scattering). In this work the samples were investigated by IR-transmission- and IR-Reflection-Absorption-Spectroscopy (IRAS). A dependence of the number and the enhancement of the observed vibrational modes could be shown both on the film morphology and the thickness and on the sample temperature. Furthermore a dependence of the adsorbate-induced change in the broadband transmission on these parameters was observed. There are at least two different mechanisms of enhancement. Some bands belonging to Raman-active modes in the free molecule show a first-layer-enhancement while IR-active modes are enhanced by the electromagnetic field. The first-layer-enhancement was proved by co-adsorption experiments with CO. Some co-adsorption experiments of ethylene together with oxygen were done to investigate the effect of quenching some ethylene bands by oxygen post-exposure.