Wie viele Inseln bilden sich, wenn einzelne Atome auf eine glatte Oberfläche auftreffen und sie sich im Verlauf eines komplizierten stochastischen Wechselspiels aus Diffusion, Nukleation und Aggregation zu größeren stabilen Strukturen zusammenfinden? Dieses Problem wurde für eine einzelne Atomsorte in der Vergangenheit durch eine Vielzahl theoretischer und experimenteller Untersuchungen erfolgreich gelöst.

Zur Vorhersage von Inseldichten beim gleichzeitigen Aufdampfen mehrerer Atomsorten haben Forscher am Fachgebiet Theoretische Physik II/Computational Physics an der TU Ilmenau in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Konstanz eine erweiterte Theorie entwickelt, die in Kürze in der international höchst renommierten Zeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht wird.

Die Kodeposition mehrerer Atomsorten führt zu neuartigen Herausforderungen, weil Inseln gleicher Größe unterschiedliche Stabilitäten aufweisen können je nachdem, welche atomare Zusammensetzung sie haben. Neue Skalengesetze wurden hergeleitet, welche die Zahl der Inseln pro Fläche in Abhängigkeit von Aufdampfraten, Atommobilitäten, Aktivierungsenergien und Wechselwirkungsenergien vorhersagen.

Die Theorie kann genutzt werden, um Inseldichten beim selbstorganisierten Wachstum von Nanostrukturen gezielt einzustellen. Weitere Anwendungen liegen in der quantitativen Bestimmung von Wachstumsparametern durch Auswertung geeigneter Experimente. Insbesondere eröffnet sich die Möglichkeit, auch ansonsten schwer zugängliche effektive Bindungsenergien zwischen verschiedenen Atomtypen auf einer Oberfläche zu bestimmen.

New laws for self-organized island growth on surfaces

How many islands form when atoms are deposited randomly onto a smooth surface and find themselves via a complex interplay of diffusion, nucleation and aggregation processes? This question has been answered a long time ago for deposition of one type of atom. An extended theory developed in the recent issue of Physical Review Letters now allows one to predict the island density when different types of atoms are co-deposited with varying stoichiometries. In this multi-component case the situation becomes more diverse due to the fact that islands of the same size exhibit different stabilities in dependence of their specific composition. The extended theory can be applied to adjust the number of islands in self-organized nanostructuring. It furthermore gives access to numerous growth parameters. In particular, binding energies between different species can be determined by evaluation of measured island densities.

Technische Universität Ilmenau / Informationsdienst Wissenschaft.