Oberflächenatomen

Oberflächenatome sind die Atome in der äußersten Schicht eines Kristalls, die direkt mit der Umgebung wechselwirken. Im Vergleich zu Bulk-Atomen besitzen sie oft eine geringere Koordination und dadurch eine geänderte elektronische Struktur. Die Anordnung der Oberflächenatome kann sich von der Innenlage unterscheiden (Relaxation) und in vielen Materialien rekonstruiert die Oberfläche zu Mustern, die die Oberflächenenergie minimieren.

Aufgrund ihrer Stellung sind Oberflächenatome häufig die aktiven Zentren für Adsorption, Chemisorption und Katalyse. Unterkoordinierte Atome an Kanten, Stufen oder Defekten bilden besonders reaktive Sites; diese beeinflussen Reaktionspfade, Aktivierungsenergien und die Selektivität. Oberflächenprozesse wie Diffusion, Rekrutierung von Adsorbaten, Oxidation und Wachstumsprozesse (epitaxiales Wachstum) hängen wesentlich von den Eigenschaften der Oberflächenatome ab.

Die Struktur und Eigenschaften der Oberflächenatome werden durch Experimente wie Rastertunnelmikroskopie (STM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM), LEED sowie durch theoretische Berechnungen, insbesondere Dichtefunktionaltheorie (DFT), untersucht. Diese Techniken liefern Informationen über Oberflächenrelaxationen, Rekonstruktionen, Adsorptionsstätten und die elektronische Struktur.

Beispiele aus der Praxis umfassen Metalloberflächen wie Pt, Au und Cu, die rekonstruktive Muster zeigen, sowie Halbleiteroberflächen wie Si(111) 7x7 mit komplexen Oberflächenstrukturen. Adsorbate können Bindungsarten atop, Brücke oder Hohlstelle bevorzugen, abhängig von der lokalen Geometrie der Oberflächenatome. Oberflächenatome sind damit zentrale Schlüsselgrößen in der Oberflächenwissenschaft, der Katalyse, der Materialforschung und der Nanostrukturierung.