Chemisch aufgelöste vertikale Strukturen mit Sub-Angström-Auflösung

Wir verwenden und entwickeln die Technik der stehenden Röntgenwellen bei normalem Einfall (NIXSW), um Grenzflächen zwischen molekularen Schichten und ihren Substraten sowie (interne) Grenzflächen von zweidimensionalen Materialien zu untersuchen.

Die NIXSW-Technik basiert auf Röntgenbeugung und Röntgenphotoemission. Sie beruht auf dem Vorhandensein eines kristallinen Substrats in Kontakt mit der Probenstruktur und liefert ultrapräzise Strukturinformationen in Bezug auf das Kristallgitter des Substrats. Insbesondere können Adsorptionshöhen, Schichtabstände und andere vertikale Abmessungen mit einer Genauigkeit von besser als 0,05 Å ermittelt werden. Da Röntgenreflexionsinformationen und Photoemissionsdaten gleichzeitig erfasst werden, ist die modellfreie Datenanalyse komplex. Unser Open-Source-Analyseprogramm Torricelli automatisiert die Datenanalyse [1, 2]. In Torricelli werden nicht-dipolare Effekte im Photoemissionsprozess und andere geometrische Parameter (die bisher oft ignoriert wurden) systematisch berücksichtigt [3]. Wir haben NIXSW sowohl auf Moleküle [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] als auch auf zweidimensionale Materialien[12, 13, 14, 15] angewendet. Kürzlich haben wir die NIXSW-Methode auch angewandt, um die vertikale Position von Dotierstoffen in einem Massenkristall zu bestimmen: Sr-Dotierstoffe in Bi2Se3 werden im Zusammenhang mit der topologischen Supraleitung diskutiert, und ihre genaue Position in der Einheitszelle scheint in diesem Zusammenhang entscheidend zu sein. Die Berücksichtigung der inelastischen mittleren freien Weglänge der Elektronen, die normalerweise bei der Analyse von NIXSW-Daten vernachlässigt wird, öffnete die Tür für die erste eindeutige Standortbestimmung von Sr-Dotierstoffen in Bi2Se3 [16].

Die Experimente werden an der NIXSW-Beamline I09 an der Diamond Light Source durchgeführt. Es ist die einzige auf Photoemission basierende XSW-Beamline weltweit, an der diese Technik im UHV angewendet werden kann.