Atomare Erdrutsche

Dr. M. Giesen, G. Schulze Icking-Konert, Forschungszentrum Jülich, ISG 4

E-Mail: M.Giesen@fz-juelich.de und G.Schulze.Icking-Konert@fz-juelich.de

Am ehemaligen Institut für Grenzflächenforschung und Vakuumphysik (heute Institut für Schichten und Grenzflächen) wurden erstmalig atomare Erdrutsche auf einer Metalloberfläche mit dem Rastertunnelmikroskop beobachtet. Dieser Film zeigt Originaldaten eines solchen atomaren Erdrutsches wie er bei Kupferinseln auf einer reinen Kupferoberfläche entdeckt wurde.

Der Film zeigt einen 2000 x 2000 Ångström2 großen Ausschnitt einer Kupferoberfläche bei 36C nach dem Aufwachsen von mehreren Atomlagen reinen Kupfers. Es haben sich mehrlagige hexagonale Inseln ausgebildet. Die Inseln verharren nach dem Aufwachsen nicht als statische Objekte, sondern wandern aufgrund schneller Diffusion von Atomen entlang der Inselkanten auf anderen Inseln in einer Zufallsbewegung hin und her. Dabei lösen sich ständig von kleinen Inseln Atome, die sich wiederum an Stufenkanten oder an großen Inseln anlagern. Die kleinen Inseln verschwinden und die Oberfläche glättet sich. dieser Vorgang wird normalerweise durch eine Stufenbarriere gehemmt. Die Stufenbarriere ist eine Aktivierungsenergie, die die Atome zusätzlich aufbringen müssen, um in tiefere atomare Lagen zu gelangen und die Oberfläche zu glätten. Auf metallischen (111)-Flächen ist diese Stufenbarriere bekannterweise groß und führt in der Regel beim homoepitaktischen Wachstum zu rauhen Oberflächen.

Dr. Margret Giesen und Dipl. Phys. Georg Schulze Icking-Konert konnten in ihrer Arbeit zeigen, daß diese Stufenbarriere beim Interlagenmassentransport durch atomare Erdrutsche umgangen wird (Phys. Rev. Lett. 80, p. 552 (1998)). Der atomare Erdrutsch wird eingeleitet, sobald eine Insel aufgrund ihrer Wanderungsbewegung an die Kante der unteren Insel stößt. Dann verschwindet die obere Insel hundertmal so schnell als normalerweise. Ähnlich einem Erdrutsch, bei dem alles mitgerissen wird was sich in den Weg stellt, so wird auch beim atomaren Erdrutsch die Stufenbarriere quasi mitgerissen und die gesamte in der Insel enthaltende Masse stürzt in die tiefere Lage!

Der weiße Pfeil im Film weist auf eine Doppelinsel, bei der die obere Inseln auf der unteren wandert und über Stunden nur langsam zerfällt und ihre Größe nahezu beibehält. Nach etwa acht Stunden berührt die obere Insel die Kante der unteren Inseln. Dann wird der atomare Erdrutsch eingeleitet und die obere Insel verschwindet innerhalb kurzer Zeit.

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Der gleiche Film im MPEG-Format in verschiedenen Zeitschritten, dem RealVideo- und AVI-Format:
Vorschau (MPEG1, 2 MByte) (AVI, Indeo 4.5 Codec, 10 MByte)
(MPEG1, 1 MByte) (RealVideo, 450 Kbps, 220x236 Pixel)
(MPEG1, 560 KByte) (RealVideo, 2000 Kbps, 468x512 Pixel)
(MPEG1, 270 KByte)