Oberflächenphysik

Oberflächenphysik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den physikalischen Eigenschaften von Oberflächen und Grenzflächen beschäftigt. Untersucht werden die Struktur, Elektronik, Reaktivität und Dynamik von Atomen und Molekülen an der Grenze zwischen zwei Phasen, typischerweise Festkörper-Gas oder Festkörper-Flüssigkeit. Oberflächen unterscheiden sich durch reduzierte Koordination, Rekonstruktion der Gitteranordnung und veränderte elektronische Zustände von der Innenstruktur des Materials.

Zentrale Themen sind die Struktur und Rekonstruktion von Kristalloberflächen, Oberflächenzustände, die Arbeitsfunktion, Adsorption, Desorption und Oberflächenkinetik, Diffusion an der Oberfläche, sowie die Wechselwirkung von Oberflächen mit Licht, zum Beispiel Oberflächenplasmonen. Die Oberflächenchemie erklärt, wie Reaktionen an der Grenze ablaufen und wie Katalyse und Korrosion beeinflusst werden. Nanostrukturen, Dünnfilme und Grenzflächen in Halbleitern sind wichtige Anwendungsbereiche.

Experimentell kommen Techniken wie Rastertunnelmikroskopie (STM), Rasterkraftmikroskopie (AFM), LEED, XPS, UPS und ARPES, sowie Spektroskopie und Röntgenabsorption zum Einsatz. In UHV-Systemen lassen sich Oberflächen sauber studieren. Theoretisch werden Methoden wie Dichtefunktionaltheorie, Tight-Binding, Molekulardynamik und Monte-Carlo-Simulationen verwendet, um Strukturen, Reaktionswege und Dynamik zu beschreiben.

Oberflächenphysik spielt eine zentrale Rolle in der Halbleiterfertigung, der Katalyse, bei der Entwicklung von Sensoren, in der Korrosionsforschung und in der Energieumwandlung durch Dünnfilme und Oberflächenreaktionen.