2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16035Ziel des Projektes ist es, die strukturellen Eigenschaften von Metalllegierungsoberflächen mit Gold als einer Komponente als Funktion verschiedener Bedingungen vorherzusagen und zu verstehen. Hierzu gehören Eigenschaften wie das Segregationsprofil, die kristallographische Struktur und Stabilität der betrachtenden Oberfläche. Mit ¿Bedingungen¿ sind hierbei Eigenschaften wie die Temperatur, die Volumenkonzentration der Legierung oder die Änderung durch Adsorbate gemeint. Basierend auf diesen Untersuchungen soll der Einfluss individueller Parameter auf die Oberflächeneigenschaften verstanden (etwa durch Analyse der elektronischen Eigenschaften) und damit kontrollierbar werden. Ausgangspunkt sind hierbei die Oberflächen von Ag-Au und Cu-Au, da sie eine der erfolgversprechendsten Materialien zur effektiven Herstellung von nanoporösen Gold darstellen. Sie werden dabei durch die Kombination von sogenannten ab-initio Methoden (hier in Form der Dichtefunktionaltheorie) mit Methoden der statistischen Physik (so genannte Cluster Entwicklungen (CE) und Monte-Carlo (MC) Simulationen).Während die CE-Methoden das effektive Durchsuchen riesiger atomarer Konfigurationsräume erlauben, gestatten die MC-Simulationen die Berücksichtigung von Temperatureffekten. Auf diese Weise wird gezielt der Einfluss der Temperatur auf die atomare, substitutionelle Ordnung im Oberflächenbereich untersucht. Des Weiteren lassen sich durch die Implementierung einerstabilen CE in MC-Programmen Oberflächen-Phasendiagramme und Ordnungsphänomene rein auf ab-initio Basis untersuchen. Diese Diagramme und Tabellen sollen den experimentell arbeitenden Gruppen der Forschergruppe als eine Art "look-up" Information dienen, weil sich für jegliche Volumenkonzentration und Temperatur die zu erwartende Ordnung und das Segregationsprofil ablesen lassen. Unser Ansatz erlaubt insbesondere auch die Auswertung von Nahordnungsphänomenen. Parallel zu diesem "vorhersagenden" Konzept werden quantitative LEDD Strukturanalysen an den entsprechenden Proben auf der Basis einer volldynamischen Streutheorie durchgeführt. Derartige Analysen erlauben einen quantitativen Vergleich mit dem Experiment bis in den Bereich eines Atomprozentes. Die entsprechenden Messungen werden dabei im Teilprojekt SP5 durchgeführt. Wir erhoffen uns, durch die direkte Kombination von Experiment und Theorie ein detailiertes und quantitatives Verständnis der Legierungsoberflächen zu erreichen.The goal of this project is to predict and understand the structural properties of metal alloy surfaces containing Au as function of their environment. This includes properties as the segregation profile of the surface, the crystallographic structure and its stability. Here, "environment" may stand for temperature, bulk concentration, or the influence of adsorbates. Based on these studies, we will be able to control the influence of the individual parameter, e.g. by analyzing the electronic structure, on the surfaces properties. Starting point will be the alloy surfaces of Ag-Au and Cu-Au, because they belong to the most promising candidates for the making of nanoporous Au. They will be studied via the combination of first-principles methods based on Density Functional Theory (DFT) with methods from statistical physics, namely the so-called Cluster Expansion method (CE) and Monte-Carlo (MC) simulations.While the CE allows for scanning huge parameter spaces, MC simulations will give us access to finite temperatures. In that way, the influence of temperature on atomic ordering phenomena in the near-surface regime will be studied by implementation of the CE Hamiltonian into Monte-Carlo programs. Then, on the basis of the stabilized cluster expansion, surface phase diagrams and ordering parameters will be constructed. These diagrams will provide a look-up-table for experimental studies, because they allow us to detect at which temperature and concentration the highest enrichment/depletion of Au in the near surface layer is reached. This also includes short-range order. In parallel, the structural results will be supported by the quantitative analysis of intensity spectra received from Low Energy Electron Diffraction (LEED) measured in the project SP5. Such structure determinations may reach accuracy smaller than one percent of the atomic diameter. This will allow for a detailed understanding of the alloy surface structures.