Raman Spektroskopie an Metalloberflächen

Raman-Spektroskopie ist eine weit verbreitete analytische Technik im Bereich der Physik, Chemie und der Materialwissenschaft. Im zugrundeliegenden Raman-Streuprozess werden durch Lasereinstrahlung charakteristische Schwingungen in Molekülen oder Festkörpern angeregt, deren Frequenz und Anregungswahrscheinlichkeit detaillierte Information über die chemische Zusammensetzung und die Wechselwirkung zwischen einzelnen Atomen oder Molekülen liefern. Eine Vielzahl an Untersuchungen hat sich bis dato mit der Analyse nichtmetallischer Stoffe, wie z.B. Halbleitern, Isolatoren oder Molekülen befasst. Im Gegensatz dazu sind nur wenige Untersuchungen metallischer Systeme in der Literatur verfügbar. Der Grund dafür ist, dass typische Metalle wie Kupfer, Silber und Gold ein Kristallgitter formen, das nur ein einziges Atom in der Einheitszelle hat und daher über keine mit der Raman-Spektroskopie zugänglichen Schwingungsanregungen verfügt. Im Unterschied zum Volumen des Kristalls besitzen die Oberflächen von Festkörpern (selbst bei Metallen mit nur einem Atom in der Einheitszelle) zusätzliche Schwingungsanregungen, die mehr oder weniger an der Oberfläche lokalisiert sind. Derartige Oberflächenschwingungen sollten mit Raman-Spektroskopie prinzipiell zugänglich sein, wie jüngst in einer gemeinsamen Publikation der Projektpartner gezeigt werden konnte. Die an sich sehr geringe Anregungswahrscheinlichkeit im Raman-Streuprozess kann erheblich erhöht werden, wenn man eine Laserenergie verwendet, die einem optischen Übergang zwischen elektronischen Oberflächenzuständen entspricht, also oberflächenresonant ist. Eine kombinierte experimentelle und theoretische Untersuchung an der Johannes Kepler Universität in Linz, der Technischen Universität Berlin und der Justus-Liebig- Universität in Gießen soll nun die zugrundeliegenden Streumechanismen erklären und zwar für unterschiedliche Metalle und Oberflächenorientierungen. Zudem soll die oberflächenresonante Raman-Spektroskopie (Surface Resonant Raman Spectroscopy), kurz SRRS, verwendet werden, um die Schwingungen adsorbierter Atome und Moleküle auf Oberflächen wie Sauerstoff, Xenon und Kohlenmonoxid zu charakterisieren. Außerdem soll die Ausbildung von Oberflächenlegierungen nach Abscheidung von Metallatomen untersucht werden, was für katalytische Anwendungen relevant ist. Im Unterschied zu Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) wo speziell aufgeraute oder strukturierte Metalloberflächen zum Einsatz kommen, erlaubt SRRS die Erforschung von wohldefinierten und auf atomarer Ebene glatten metallischen Oberflächen. SRRS besitzt somit ein neuartiges und großes Potential für hochauflösende Schwingungsspektroskopie metallischer Oberflächen.