Untersuchungen mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) an Oberflächen von amorphen und kristallinen Festkörpern

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung amorpher und kristalliner Oberflächen mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Gewinnung neuer Kenntnisse über Reibung und atomare Strukturen sowie deren Abbildungsverhalten. Die neu erzielten lateralkraft-aufgelösten Strukturen der Quarzglasoberflächen (Lithosil) konnten bei Anwendung niedriger Auflagekräfte erzielt werden. Überdies wurden erstmals die atomaren Abbildungen hinsichtlich einer quantitativen Interpretation und Statistik in ihren Strukturelementen und Abständen im übereinstimmenden Vergleich mit Ergebnissen der Beugungsmethoden diskutiert. Die Ergebnisse der Rasterkraftmikroskopie am Quarzglas belegen demzufolge die Präsenz einer Nahordnung und Mittelordnung sowie der aus SiO4-Tetraeder bestehenden Ringe und Ketten. Die Ergebnisse ähneln molekular-dynamischen Simulationen der Glasoberfläche und unterstützen danach das Netzwerkstruktur-Modell. <br /> Weiterhin wurde ein metastabiles Tellurchlorid-Glas auf Nanometer- und atomarer Skala untersucht. Auf den Oberflächen der TeCl-Gläser wurde neben den charakteristischen Clusterstrukturen eine spitzeninduzierte Oberflächen-Erosion beobachtet, die auf der härteren Quarzglasoberfläche nicht auftrat. Bei den Messungen wurde ebenso die Abbildung der atomaren Struktur einer teilkristallinen Proben-oberfläche erzielt werden. Die teilweise periodischen Bereiche in der atomaren Abbildung wurden durch die Erkenntnis über den teilkristallinen Zustand der Probe mittels Röntgenbeugungsmessung bestätigt. <br /> Ergänzend wurde mit an Luft und im UHV hergestellten Kaliumchlorid (100)-Spaltoberflächen ein kristalliner Festkörper untersucht. Dabei wurden die Spalt-Topographien und die Entwicklungsvielfalt der Verdampfungsstrukturen zwischen 120°C bis 740°C charakterisiert. Diese wurden zum Teil durch Gitterfehler wie Schrauben- und Stufenversetzungen induziert. Neben dem "stick-slip"-Verhalten auf der KCl (100)-Oberfläche wurde das Kraftwechselwirkungsverhalten zwischen der Spitze und der Kaliumchloridoberfläche im elastischen und inelastischen Bereich untersucht.