Raster-Tunnel-Mikroskopie - Fakultät für Physik

• Drittens ist die Leitfähigkeit längs der Schichten viel höher ist als senkrecht zu
denselben, da das Leitungsband, das aus den sich überlappenden p z -Orbitalen mit den
freien Valenzelektronen besteht, längs zu den Schichten ausgerichtet ist. Wegen dieser
Anisotropie in der Leitfähigkeit nennt man Graphit ein Halbmetall.
Für die Untersuchung mit dem RTM wird Graphit in hochorientierter Form verwendet,
der sogenannte Hoch-Orientierte Pyrolytische Graphit (HOPG). Bei diesem polykristallinen
synthetischen Material ist die Schichtung sehr regelmäßig und es besitzt relativ große
Korngrößen von 3-10μm Durchmesser.
Die Versetzung der Schichten zueinander sorgt dafür, daß die Elektronenzustandsdichte
an der Oberfläche nicht für jedes Atom gleich verteilt ist. Vielmehr gibt es zwei verschiedene
Plätze: Solche, die direkt ein C-Atom unter sich haben, die sogenannten α-Plätze, und andere,
die dieses erst in der übernächsten Schicht finden, genannt β-Plätze (s. Abb.6.2.1). An Luft
aufgenommene RTM-Bilder von HOPG zeigen zumeist nur die C-Atome an den β-Plätzen als
Erhebungen. Folglich ist eine dreieckige Gitterstruktur erkennbar, anstelle der erwarteten
sechseckigen (s. Abb. 6.2.2).
y [Å]
25
c
a
b
γ
β-Plätze
α-Plätze
0
0 12,5
25
x [Å]
Abb.6.2.2: Atomar aufgelöster Graphit; dreieckige Kristallstruktur.
Aufgenommen im Modus konstanten Tunnelstroms: I T = 9,0 nA ; U T = 73 mV
Diese Asymmetrie in der Abbildung der C-Atome auf den α- und β-Plätzen erklärt man
sich folgendermaßen: Angesetzt wird die dreidimensionale Beschreibung des Tunnelstroms,
wie sie in Abschnitt 3.2 dargestellt ist. Die unterschiedliche Abbildung der α- und β-Plätze
hängt entscheidend von den Zuständen Ψ ν der Probenoberfläche ab, die zum Tunnelstrom
beitragen. Aufgrund der Symmetrie des Graphitkristalls ergibt sich, daß die Zustände der α-
Atome von denen der β-Atome unabhängig sind.
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