Transformation from honeycomb-titanium (III) oxide to Ba-Ti-O oxide quasicrystal and six-tiling approximant

Abstract

Quasicrystal concept exceeds that of a regular crystal which is so familiar to scientists in the field of surface science, specifically, or solid state physics in general. Quasicrystals possess unique aperiodic structures teeming with potential novel properties as well as fundamental physics. A clear picture of structural formation regarding oxide quasicrystals is still required after their discovery. This experimental work is a successful effort of transforming the structure of honeycomb- Ti2O3 thin film to that of Ba-Ti-O oxide quasicrystal and Six-Tiling approximant. Included aspects in this thesis are the fabrication of all mentioned thin films, the analysis of their atomic structures by means of low energy electron diffraction (LEED) and scanning tunneling microscopy (STM), the chemical composition determined by X-ray photoemission spectroscopy (XPS) and the workfunction extracted from ultraviolet photoemission spectroscopy (UPS).

Das Konzept des Quasikristalls geht über das eines regulären Kristalls hinaus, das den Wissenschaftlern im Bereich der Oberflächenwissenschaften im Besonderen und der Festkörperphysik im Allgemeinen so vertraut ist. Quasikristalle besitzen einzigartige aperiodische Strukturen, die sowohl potenziell neue Eigenschaften als auch grundlegende physikalische Eigenschaften aufweisen. Ein klares Bild der Strukturbildung von Oxid- Quasikristallen ist nach ihrer Entdeckung immer noch erforderlich. Diese experimentelle Arbeit ist ein erfolgreicher Versuch, die Struktur eines wabenförmigen Ti2O3-Dünnfilms in die eines Ba-Ti-O-Oxid-Quasikristalls und einer Six-Tiling-Approximant zu transformieren. Zu den in dieser Arbeit behandelten Aspekten gehören die Herstellung aller genannten Dünnschichten, die Analyse ihrer atomaren Strukturen mittels Niederenergie-Elektronenbeugung (LEED) und Rastertunnelmikroskopie (STM), die durch Röntgen- Photoemissionsspektroskopie (XPS) bestimmte chemische Zusammensetzung und die aus der Ultraviolett-Photoemissionsspektroskopie (UPS) gewonnene Austrittsarbeit.