Surface Core Level Shifts of Yb Films in the Multilayer, Monolayer and Submonolayer Range

Authors

  • F. Müller Dr.,

    Corresponding author
    1. Saarbrücken/Germany, Institut für Anorganische und Analytische Chemie und Radiochemie, Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II and III, Universität des Saarlandes
    • Inst. f. Experimentalphysik, Naturwissenschaftl.-Tech. Fakultät II, Universität des Saarlandes, D-66041 Saarbrücken, FAX: +49-681-302-2947
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  • K. Stöwe

    1. Saarbrücken/Germany, Institut für Anorganische und Analytische Chemie und Radiochemie, Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II and III, Universität des Saarlandes
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Abstract

Surface core level shifts in Yb and other rare earth elements, as well as in their compounds, arise from a reduced band width of the 5d band, caused by the reduced coordination at surface sites, with the strength and direction of the shifts depending on the occupation of the 5d band. If the coordination, or more exactly, the local symmetry is considered to be the decisive factor for changing the band width, it is obvious to look for core level shifts even at the interface of two solids. In order to investigate such interface core level shifts, thin Yb films of thicknesses from the multilayer down to the submonolayer range, grown on a polycristalline W substrat, were investigated by photoelectronspectroscopy. It was found, that for decreasing film thicknesses, the ratio of the surface to bulk related 4f intensities increases systematically, and finally, for thicknesses of one up to two monolayers, only the broad, surface related part of the Yb 4f doublet can be observed. For Yb coverages fewer than one monolayer, there is a sudden shift of this remaining doublet towards the Fermi energy, which must result from a reduced occupation of the Yb 5d band due to an electron transfer from Yb to W at the interface.

Abstract

Oberflächenrumpfniveauverschiebungen an Yb Schichten im Multi-, Mono- und Submonolagenbereich

Oberflächenrumpfniveauverschiebungen in Yb und anderen Seltenen-Erd Elementen, sowie in deren Verbindungen, entstehen durch die Verschmälerung des 5d Bandes an der Oberfläche, die ihrerseits durch die an der Oberfläche geringere Koordination ausgelöst wird. Stärke und die Richtung der Verschiebung hängen dabei von der Besetzung des 5d Bandes ab. Wenn der Koordination, oder genauer, der lokalen Symmetrie, die entscheidende Rolle für den Unterschied in der Bandbreite zwischen Volumen und Oberfläche zukommt, liegt es nahe, auch Grenzflächen bezüglich solcher Rumpfniveauverschiebungen zu untersuchen. Die Frage nach solchen Grenzflächenrumpfniveauverschiebungen wurde mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie an dünnen Yb Schichten untersucht, wobei die Schichten auf ein polykristallines W Substrat aufgedampft wurden und sich die Schichtdicken vom Multilagenbereich bis hinab in den Submonolagenbereich erstreckten. Dabei stellt sich heraus, daß mit abnehmender Schichtdicke das Verhältnis zwischen den der Oberfläche und den dem Volumen zugeordneten Yb 4f Intensitäten systematisch anwächst, und schließlich bei Bedeckungen von 1 bis 2 Monolagen nur ein breites Oberflächendublett verbleibt. Im Submonolagenbereich kann dann eine plötzliche Verschiebung des verbleibenden Dubletts zum Fermi-Niveau beobachtet werden, die dahingehend interpretiert werden kann, daß an der Grenzfläche ein Elektronenübertrag vom Yb 5d zum W 5d Band erfolgt.

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