<i>C</i>₆₀ as a template for the creation of metal and semiconductor nanoclusters

Abstract

Die runde Form von C60 Fulleren Molekülen bewirkt eine sehr korrugierte Oberfläche bei Schichten, die aus diesen Molekülen aufgebaut sind. Dies bietet eine grosse natürliche Anzahl an Defekten dieser Oberflächen, die ein Wachstum von Clustern verschiedener Materialien ermöglichen könnten.In einem ersten Schritt wurde mit Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS und UPS) das Wachstum einer Goldschicht auf einem C60 Substrat beobachtet. Das Wachstumsverhalten weicht deutlich von einem Lagen-Wachstum ab und deutet somit stark auf einen Cluster- oder Inselwachstumsmodus hin. Es gibt keinen bevorzugten Nukleationsplatz für die Gold Cluster.Die Erweiterung der 2-D Clusterbildung in eine 3-D Kompositschicht aus Gold und Fullerenen wurde durch eine Ko-Deposition der beiden Materialien im UHV erreicht. Rutherford Rückstreuung (RBS) zeigt, dass das Gold homogen in den Schichten verteilt ist und nicht segregiert. Transmissionselektronen Spektroskopie (TEM) Untersuchungen zeigen, dass das Gold in den Schichten Cluster bildet, und die Grössenverteilung der Cluster hängt von der Gold-Konzentration ab. Die Grösse der Cluster liegt je nach angebotener Gold-Konzentration zwischen 1,6 und 3,6 nanometern, und die Cluster-Grössenverteilung ist in allen Fällen sehr schmal. Rasterkraftmikroskopie (AFM) Untersuchungen zeigen, dass die Rauhigkeit der Schichten mit zunehmender Gold-Konzentration abnimmt. Dies beruht auf der grösseren zur Verfügung stehenden Anzahl von Nukleationszentren für C60 in Form von Gold Clustern. Die optischen Eigenschaften der Komposit-Schichten wurden mit UV-VIS und Photolumineszens (PL) S! pektroskopie untersucht. Beide Methoden zeigen eine sehr geringe Wechselwirkung der Gold Cluster mit der umgebenden Fulleren-Matrix.Das Wachstum des als Katalysator interessanten Vanadiums wurde ebenso wie das des Goldes mit XPS und UPS untersucht. Im Gegensatz zum Gold zeigt das Vanadium eher ein Lagenwachstum. Anhand einer vergrabenen Vanadiumschicht wurde die Durchlässigkeit einer C60-Schicht für Sauerstoff überprüft. Die Fulleren-Schicht zeigt eine hohe Durchlässigkeit. Die Oxidierung des Vanadiums ist bereits nach einem ersten Einbringen der Schicht in eine Sauerstoff-Atmosphäre beendet. Eine weiterer Oxidations-Schritt bringt keine weitere Veränderung des Oxidationszustands des Vanadiums. Die Stöchiometrie des sich bildenden Mischoxids kann durch Anlassen der Schicht im UHV beeinflusst werden.In weiteren Experimenten wurde eine mögliche Clusterbildung von Eisen und Germanium untersucht. In beiden Fällen zeigt sich eine starke Wechselwirkung mit der umgebenden Fulleren-Matrix, die vermutlich zur Zerstörung der Fulleren Moleküle führt.