Resolving oxide surfaces - From point and line defects to complex network structures

Physica Status Solidi (B) Basic Research

Volumn 250, Issue 5, 2013, Pages 895-921

  Heyde, Markus ^a   Simon, Georg H ^a   Lichtenstein, Leonid ^a  

^a FRITZ HABER INSTITUT DER MAX PLANCK GESELLSCHAFT   (Germany)

Author keywords

AFM; Alumina; Amorphous; Complex surfaces; Disorder; Glass; Magnesia; Order; Oxides; Silica; STM; Vitreous

Indexed keywords

ALUMINA; ALUMINUM OXIDE; AMORPHOUS MATERIALS; COLOR CENTERS; DIFFRACTION; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STRUCTURE; GLASS; MAGNESIA; NANOCRYSTALLINE MATERIALS; OXIDE FILMS; OXIDE MINERALS; OXIDES; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; SILICA; SILVER COMPOUNDS; SURFACE DEFECTS;

ATOMIC FORCE AND SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; COMPLEX SURFACE; CRYSTALLINE-TO-AMORPHOUS; DISORDER; NONCONTACT ATOMIC FORCE MICROSCOPY; ORDER; PAIR CORRELATION FUNCTIONS; VITREOUS;

COMPLEX NETWORKS;

EID: 84877884663     PISSN: 03701972     EISSN: 15213951     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/pssb.201248597     Document Type: Article

References (128)

1. C. J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy ( Oxford University Press, Oxford, 2009).
2. S. Morita, R. Wiesendanger, and F. J. Giessibl (eds.), Noncontact Atomic Force Microscopy ( Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 2009).
3. G. Binnig, H. Rohrer, C. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57- 61 (1982).
4. G. Binnig, C. F. Quate, and C. Gerber, Phys. Rev. Lett. 56, 930- 933 (1986).
5. S. A. Elrod, A. L. de Lozanne, and C. F. Quate, Appl. Phys. Lett. 45, 1240- 1242 (1984).
6. D. P. E. Smith and G. Binnig, Rev. Sci. Instrum. 57, 2630- 2631 (1986).
7. G. Meyer, Rev. Sci. Instrum. 67, 2960- 2965 (1996).
8. C. Wittneven, R. Dombrowski, S. H. Pan, and R. Wiesendanger, Rev. Sci. Instrum. 68( 10), 3806- 3810 (1997).
9. S. H. Pan, E. W. Hudson, and J. C. Davis, Rev. Sci. Instrum. 70( 2), 1459- 1459 (1999).
10. M. Kugler, C. Renner, Ø. Fischer, V. Mikheev, and G. Batey, Rev. Sci. Instrum. 71, 1475- 1478 (2000).
11. J. W. Lyding, S. Skala, J. S. Hubacek, R. Brockenbough, and G. Gammie, Rev. Sci. Instrum. 59, 1897- 1902 (1988).
12. B. C. Stipe, M. A. Rezaei, and W. Ho, Rev. Sci. Instrum. 70, 137- 143 (1999).
13. B. J. McIntyre, M. Salmeron, and G. A. Somorjai, Rev. Sci. Instrum. 64, 687- 691 (1993).
14. F. Ohnesorge and G. Binnig, Science 260( 5113), 1451- 1456 (1993).
15. J. Wintterlin, J. Trost, S. Renisch, R. Schuster, T. Zambelli, and G. Ertl, Surf. Sci. 394( 1-3), 159- 169 (1997).
16. M. J. Rost, L. Crama, P. Schakel, E. van Tol, G. B. E. M. van Velzen-Williams, C. F. Overgauw, H. ter Horst, H. Dekker, B. Okhuijsen, M. Seynen, A. Vijftigschild, P. Han, A. J. Katan, K. Schoots, R. Schumm, W. van Loo, T. H. Oosterkamp, and J. W. M. Frenken, Rev. Sci. Instrum. 76, 053710 (2005).
17. A. Bryant, D. P. E. Smith, and C. F. Quate, Appl. Phys. Lett. 48, 832- 834 (1986).
18. R. Wiesendanger, Rev. Mod. Phys. 81, 1495- 1550 (2009).
19. F. J. Giessibl, Science 267( 5194), 68- 71 (1995).
20. C. Barth and M. Reichling, Nature 414( 6859), 54- 57 (2001).
21. C. Barth, A. S. Foster, C. R. Henry, and A. L. Shluger, Adv. Mater. 23( 4), 477- 501 (2011).
22. J. V. Lauritsen and M. Reichling, J. Phys.: Condens. Matter 22( 26), 263001 (2010).
23. W. Raberg and K. Wandelt, Appl. Phys. A, Mater. Sci. Process. 66( 0), 1143- 1146 (1998).
24. J. F. Poggemann, G. Heide, and G. Frischat, J. Non-Cryst. Solids 326-327( 0), 15- 20 (2003).
25. D. E. Bürgler, C. M. Schmidt, D. M. Schaller, F. Meisinger, T. M. Schaub, A. Baratoff, and H. J. Güntherodt, Phys. Rev. B 59( 16), 10895- 10902 (1999).
26. G. Kresse, M. Schmid, E. Napetschnig, M. Shishkin, L. Kohler, and P. Varga, Science 308( 5727), 1440- 1442 (2005).
27. A. C. Wright, J. Non-Cryst. Solids 179, 84- 115 (1994).
28. W. H. Zachariasen, J. Am. Chem. Soc. 54( 10), 3841- 3851 (1932).
29. H. P. Rust, T. König, G. H. Simon, M. Nowicki, V. Simic-Milosevic, G. Thielsch, M. Heyde, and H. J. Freund, Rev. Sci. Instrum. 80( 11), 113705 (2009).
30. M. Heyde, M. Kulawik, H. P. Rust, and H. J. Freund, Rev. Sci. Instrum. 75( 7), 2446- 2450 (2004).
31. M. Heyde, M. Sterrer, H. P. Rust, and H. J. Freund, Appl. Phys. Lett. 87( 8), 083104 (2005).
32. M. Heyde, G. H. Simon, H. P. Rust, and H. J. Freund, Appl. Phys. Lett. 89( 26), 263107 (2006).
33. H. P. Rust, M. Heyde, and H. J. Freund, Rev. Sci. Instrum. 77( 4), 043710 (2006).
34. T. König, G. H. Simon, H. P. Rust, and M. Heyde, J. Phys. Chem. C 113( 26), 11301- 11305 (2009).
35. A. G. Nanosurf, Grammetstrasse 14, CH-4410 Liestal, Switzerland.
36. K. Kobayashi, H. Yamada, H. Itoh, T. Horiuchi, and K. Matsushige, Rev. Sci. Instrum. 72( 12), 4383- 4387 (2001).
37. B. Gotsmann and H. Fuchs, Appl. Surf. Sci. 188( 3-4), 355- 362 (2002).
38. T. R. Albrecht, P. Grutter, D. Horne, and D. Rugar, J. Appl. Phys. 69( 2), 668- 673 (1991).
39. SPECS Zurich GmbH, Technoparkstrasse 1, CH-8005 Zurich, Switzerland.
40. G. Pacchioni, in: The Chemical Physics at Solid Surfaces, edited by D. P. Woodruff ( Elsevier, The Netherlands, 2001), chap. 3, pp. 94- 135.
41. A. M. Ferrari and G. Pacchioni, J. Phys. Chem. 99, 17010- 17018 (1995).
42. E. Scorza, U. Birkenheuer, and C. Pisani, J. Chem. Phys. 107, 9645- 9658 (1997).
43. C. Barth and C. R. Henry, Phys. Rev. Lett. 91( 19), 196102 (2003).
44. A. I. Livshits, A. L. Shluger, A. L. Rohl, and A. S. Foster, Phys. Rev. B 59( 3), 2436 (1999).
45. P. V. Sushko, A. L. Shluger, and C. R. A. Catlow, Surf. Sci. 450, 153- 170 (2000).
46. J. S. Corneille, J. W. He, and D. W. Goodman, Surf. Sci. 306, 269- 278 (1994).
47. C. S. A. Fang, Surf. Sci. 235, L291- L294 (1990).
48. T. Trevethan and A. Shluger, Nanotechnology 20, 264019 (2009).
49. L. Giordano, U. Martinez, G. Pacchioni, M. Watkins, and A. L. Shluger, J. Phys. Chem. C 112, 3857- 3865 (2008).
50. T. König, G. H. Simon, U. Martinez, L. Giordano, G. Pacchioni, M. Heyde, and H. J. Freund, ACS Nano 4( 5), 2510- 2514 (2010).
51. M. Sterrer, M. Heyde, M. Novicki, N. Nilius, T. Risse, H. Rust, G. Pacchioni, and H. J. Freund, J. Phys. Chem. B 110, 46- 49 (2006).
52. S. Sicolo, L. Giordano, and G. Pacchioni, J. Phys. Chem. C 113, 16694 (2009).
53. L. Giordano and G. Pacchioni, Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 3335- 33341 (2006).
54. T. König, G. H. Simon, H. P. Rust, G. Pacchioni, M. Heyde, and H. J. Freund, J. Am. Chem. Soc. 131( 48), 17544- 17545 (2009).
55. H. Hosoi, K. Sueoka, K. Hayakawa, and K. Mukasa, Appl. Surf. Sci. 157( 4), 218- 221 (2000).
56. Fukui. K.i, Y. Namai, and Y. Iwasawa, Appl. Surf. Sci. 188( 3-4), 252- 256 (2002).
57. R. Bechstein, C. González, J. Schütte, P. Jelínek, R. Pérez, and A. Kühnle, Nanotechnology 20( 50), 505703 (2009).
58. T. König, G. H. Simon, L. Heinke, L. Lichtenstein, and M. Heyde, Beilstein J. Nanotechnol. 2, 1- 14 (2011).
59. G. A. Somorjai, Introduction to Surface Chemistry and Catalysis ( John, Wiley & Sons, Inc., New York, 1994).
60. F. Napoli, M. Chiesa, E. Giamello, E. Finazzi, C. Di Valentin, and G. Pacchioni, J. Am. Chem. Soc. 129, 10575- 10581 (2007).
61. D. Ricci, G. Pacchioni, P. V. Sushko, and A. L. Shluger, J. Chem. Phys. 117, 2844- 2851 (2002).
62. M. Ziegler, N. Néel, A. Sperl, J. Kröger, and R. Berndt, Phys. Rev. B 80( 12), 125402 (2009).
63. J. Christiansen, K. Morgenstern, J. Schiøtz, K. W. Jacobsen, K. F. Braun, K. H. Rieder, E. Lægsgaard, and F. Besenbacher, Phys. Rev. Lett. 88, 206106 (2002).
64. P. Egberts, T. Filleter, and R. Bennewitz, Nanotechnology 20( 26), 264005 (2009).
65. C. Motzer and M. Reichling, J. Appl. Phys. 105( 6), 064309 (2009).
66. R. M. Jaeger, H. Kuhlenbeck, H. J. Freund, M. Wuttig, W. Hoffmann, R. Franchy, and H. Ibach, Surf. Sci. 259, 235- 252 (1991).
67. M. Kulawik, N. Nilius, H. P. Rust, and H. J. Freund, Phys. Rev. Lett. 91( 25), 256101 (2003).
68. K. Højrup Hansen, T. Worren, E. Lægsgaard, F. Besenbacher, and I. Stensgaard, Surf. Sci. 475( 1-3), 96- 102 (2001).
69. T. Kubo and H. Nozoye, Phys. Rev. Lett. 86( 9), 1801- 1804 (2001).
70. S. Gritschneder, S. Degen, C. Becker, K. Wandelt, and M. Reichling, Phys. Rev. B 76( 1), 014123 (2007).
71. S. Schintke and W. D. Schneider, J. Phys.: Condens. Matter 16, R49- R81 (2004).
72. S. Zöphel, J. Repp, G. Meyer, and K. H. Rieder, Chem. Phys. Lett. 310, 145- 149 (1999).
73. M. Schmid, G. Kresse, A. Buchsbaum, E. Napetschnig, S. Gritschneder, M. Reichling, and P. Varga, Phys. Rev. Lett. 99( 19), 196104 (2007).
74. U. Kaiser, A. Schwarz, and R. Wiesendanger, Nature 446( 7135), 522- 525 (2007).
75. G. H. Simon, T. König, M. Nilius, H. P. Rust, M. Heyde, and H. J. Freund, Phys. Rev. B 78( 11), 113401 (2008).
76. J. V. Lauritsen, M. C. R. Jensen, K. Venkataramani, B. Hinnemann, S. Helveg, B. S. Clausen, and F. Besenbacher, Phys. Rev. Lett. 103( 7), 076103 (2009).
77. J. Libuda, F. Winkelmann, M. Bäumer, H. J. Freund, T. Bertrams, H. Neddermeyer, and K. Müller, Surf. Sci. 318, 61- 73 (1994).
78. M. K. Rasmussen, A. S. Foster, F. F. Canova, B. Hinnemann, S. Helveg, K. Meinander, F. Besenbacher, and J. V. Lauritsen, Phys. Rev. B 84, 235419 (2011).
79. Y. Sugimoto, P. Pou, M. Abe, P. Jelinek, R. Pérez, S. Morita, and O. Custance, Nature 446( 7131), 64- 67 (2007).
80. G. H. Simon, T. König, H. P. Rust, M. Heyde, and H. J. Freund, New J. Phys. 11( 9), 093009 (2009).
81. C. L. Pang, H. Raza, S. A. Haycock, and G. Thornton, Phys. Rev. B 65( 20), 201401 (2002).
82. J. S. Villarrubia, Surf. Sci. 321, 287- 300 (1994).
83. A. Sweetman, S. Jarvis, R. Danza, and P. Moriarty, Beilstein J. Nanotechnol. 3, 25- 32 (2012).
84. F. Jona and P. M. Marcus, Surf. Rev. Lett. 3, 1285- 1294 (1996).
85. M. Heemeier, Morphologie und Wachstum von Übergangsmetallclustern auf modifizierten und unverändernten ultradünnen Oxidfilmen, Ph.D. thesis, Berlin (2005).
86. A. Stierle, F. Renner, R. Streitel, H. Dosch, W. Drube, and B. C. Cowie, Science 303, 1652- 1656 (2004).
87. M. Bäumer and H. J. Freund, Prog. Surf. Sci. 61( 7-8), 127- 198 (1999).
88. S. Ulrich, N. Nilius, and H. J. Freund, Surf. Sci. 601, 4603- 4607 (2006).
89. C. Ellinger, V. Vonk, N. Khorshidi, A. Vlad, A. Stierle, and H. Dosch, New J. Phys. 11, 113004 (2009).
90. O. Kizilkaya, D. A. Hite, D. M. Zehner, and P. T. Sprunger, Surf. Sci. 529, 223- 230 (2003).
91. E. Napetschnig, M. Schmid, and P. Varga, Surf. Sci. 602, 1750- 1756 (2008).
92. G. Prévot, A. Naitabdi, R. Bernard, and Y. Borensztein, Phys. Rev. B 81, 085405 (2010).
93. M. Schmid, M. Shishkin, G. Kresse, E. Napetschnig, P. Varga, M. Kulawik, N. Nilius, H. P. Rust, and H. J. Freund, Phys. Rev. Lett. 97( 4), 046101 (2006).
94. G. H. Simon, T. König, L. Heinke, L. Lichtenstein, M. Heyde, and H. J. Freund, New J. Phys. 13( 12), 123028 (2011).
95. K. F. McCarty, J. P. Pierce, and C. B. Carter, Appl. Phys. Lett. 88, 141902 (2006).
96. G. H. Simon, T. König, H. P. Rust, M. V. Ganduglia-Pirovano, J. Sauer, M. Heyde, and H. J. Freund, Phys. Rev. B 81( 7), 073411 (2010).
97. Q. Huan, Y. Jiang, Y. Y. Zhang, U. Ham, and W. Ho, J. Chem. Phys. 135, 014705 (2011).
98. L. Heinke, L. Lichtenstein, G. H. Simon, T. König, M. Heyde, and H. J. Freund, ChemPhysChem 11( 10), 2085- 2087 (2010).
99. V. Randle, Mater. Charac. 47, 411- 416 (2001).
100. A. King and S. Shekhar, J. Mater. Sci. 41, 7675- 7682 (2006).
101. N. Nilius, M. Kulawik, H. P. Rust, and H. J. Freund, Phys. Rev. B 69, 121401(R) (2004).
102. H. Schlenz, A. Kirfel, K. Schulmeister, N. Wartner, W. Mader, W. Raberg, K. Wandelt, C. Oligschleger, S. Bender, R. Franke, J. Hormes, W. Hoffbauer, V. Lansmann, M. Jansen, N. Zotov, C. Marian, H. Putz, and J. Neuefeind, J. Non-Cryst. Solids 297( 1), 37- 54 (2002).
103. G. Frischat, J. F. Poggemann, and G. Heide, J. Non-Cryst. Solids 345-346( 0), 197- 202 (2004).
104. W. Raberg, A. Ostadrahimi, T. Kayser, and K. Wandelt, J. Non-Cryst. Solids 351( 12-13), 1089- 1096 (2005).
105. L. Lichtenstein, C. Büchner, B. Yang, S. Shaikhutdinov, M. Heyde, M. Sierka, R. Wlodarczyk, J. Sauer, and H. J. Freund, Angew. Chem. Int. Ed. 51( 2), 404- 407 (2012).
106. J. F. Shackelford and B. D. Brown, J. Non-Cryst. Solids 44( 2-3), 379- 382 (1981).
107. P. Y. Huang, S. Kurasch, A. Srivastava, V. Skakalova, J. Kotakoski, A. V. Krasheninnikov, R. Hovden, Q. Mao, J. C. Meyer, J. Smet, D. A. Muller, and U. Kaiser, Nano Lett. 12( 2), 1081- 1086 (2012).
108. M. O. Blunt, J. C. Russell, N. R. Champness, and P. H. Beton, Chem. Commun. 46( 38), 7157- 7159 (2010).
109. D. Ecija, S. Vijayaraghavan, W. Auwärter, S. Joshi, K. Seufert, C. Aurisicchio, D. Bonifazi, and J. V. Barth, ACS Nano 6( 5), 4258- 4265 (2012).
110. A. C. Wright, J. Non-Cryst. Solids 106( 1-3), 1- 16 (1988).
111. J. T. Randall, H. P. Rooksby, and B. S. Cooper, Z. Kristallogr. 75, 196 (1930).
112. V. M. Goldschmidt, Skr. Nor. Vidensk.-Akad. Oslo I, Mat.-Nat.vidensk. Kl. 8, 1- 156 (1926).
113. B. E. Warren, J. Am. Ceram. Soc. 17( 1-12), 249- 254 (1934).
114. D. Löffler, J. J. Uhlrich, M. Baron, B. Yang, X. Yu, L. Lichtenstein, L. Heinke, C. Büchner, M. Heyde, S. Shaikhutdinov, H. J. Freund, R. Wlodarczyk, M. Sierka, and J. Sauer, Phys. Rev. Lett. 105( 14), 146104 (2010).
115. L. Lichtenstein, M. Heyde, and H. J. Freund, Phys. Rev. Lett. 109( 10), 106101 (2012).
116. R. L. Mozzi and B. E. Warren, J. Appl. Crystallogr. 2( 4), 164- 172 (1969).
117. D. I. Grimley, A. C. Wright, and R. N. Sinclair, J. Non-Cryst. Solids 119( 1), 49- 64 (1990).
118. R. M. Van Ginhoven, H. Jónsson, and L. R. Corrales, Phys. Rev. B 71( 2), 024208 (2005).
119. R. J. Bell and P. Dean, Philos. Mag. 25( 6), 1381- 1398 (1972).
120. X. Yuan and A. Cormack, J. Non-Cryst. Solids 319( 1-2), 31- 43 (2003).
121. J. R. G. Da Silva, D. G. Pinatti, C. E. Anderson, and M. L. Rudee, Philos. Mag. 31( 3), 713- 717 (1975).
122. L. Lichtenstein, M. Heyde, and H. J. Freund, J. Phys. Chem. C 116( 38), 20426- 20432 (2012).
123. L. Gladden, J. Non-Cryst. Solids 119( 3), 318- 330 (1990).
124. B. Yang, W. E. Kaden, X. Yu, J. A. Boscoboinik, Y. Martynova, L. Lichtenstein, M. Heyde, M. Sterrer, R. Wlodarczyk, M. Sierka, J. Sauer, S. Shaikhutdinov, and H. J. Freund, Phys. Chem. Chem. Phys. 14( 32), 11344- 11351 (2012).
125. A. C. Wright, R. N. Sinclair, and A. J. Leadbetter, J. Non-Cryst. Solids 71( 1-3), 295- 302 (1985).
126. S. R. Elliott, Phys. Rev. Lett. 67( 6), 711- 714 (1991).
127. S. R. Elliott, J. Phys.: Condens. Matter 4( 38), 7661 (1992).
128. A. A. Green and M. C. Hersam, Nano Lett. 9( 12), 4031- 4036 (2009).