Oxidation von Eisenschichten auf MgO(001)-Substraten - Universität ...

3 Materialsystem
In diesem Abschnitt werden die Eigenschaften der verwendetetn und der möglicherweise entstehenden
Materialien vorgestellt. Zu dem untersuchten Materialsystem gehört Magnesiumoxid,
das als Substrat verwendet wurde, und Eisen, das mittels Molecular Beam Epitaxy
auf das Substrat aufgedampft wird. Da im Rahmen dieser Arbeit Eisenoxid hergestellt wurde,
werden auch die möglichen Eisenoxid-Klassen vorgestellt.
3.1 Magnesiumoxid MgO(001)
Magnesiumoxid ist ein Salz. Es besitzt die Formel MgO und besteht im Verhältnis 1:1 aus
Magnesiumionen Mg 2+ und Sauerstoffionen O 2− . Es kristallisiert im Natriumchloridstrukturtyp
mit der Gitterkonstanten aMgO=4,2117 ˚ A. Dabei bilden sowohl die Magnesiumionen als
auch die Sauerstoffionen ein kubisch flächenzentriertes Kristallgitter (fcc = face-centered cubic).
Die beiden Kristallgitter sind um eine halbe Gitterkonstante gegeneinander verschoben,
sodass die Mg 2+ -Ionen in den Oktaederlücken des O 2− -Gitters liegen. Ein Magnesiumion ist
also oktaedrisch von sechs Sauerstoffionen umgeben und umgekehrt (siehe Abbildung 3.1).
Der Begriff Oktaederlücke soll mit Abbildung 3.2 verdeutlich werden.
Abbildung 3.1: Schematische Darstellung des Magnesiumoxid-Kristallgitters. Zu sehen
ist das MgO Bulk-Gitter mit der Gitterkonstante aMgO=4,2117 ˚ A und die Oberflächeneinheitszelle
der (001)-Oberfläche.
Für die Oberflächeneinheitszelle kann eine einfach kubische Einheitszelle in der (x,y)-Ebene
mit der Gitterkonstanten aS=aMgO/ √ 2 gewählt werden. Die nächste parallele Kristallebene
in z-Richtung ist cS= aMgO
2 weit entfernt. Magnesium ist ein Isolator mit einer Bandlücke
von 7,8 eV. Es ist außerdem nicht magnetisch und für sichtbares Licht transparent. Der
Schmelzpunkt von Magnesiumoxid liegt bei 2852 ◦C. 15