Interaction of oxygen with the ordered Ni3Al(111) alloy surface: adsorption and oxide islands formation at 800 K and 1000 K

The interaction of oxygen with the ordered $Ni_3Al(111)$ alloy surface at 800 K and 1000 K has been investigated using LEED, STM, HREELS, UPS, and PAX. The clean $Ni_3Al(111)$ surface exhibits a "$2{\times}2$" LEED pattern corresponding to the ordered bulk-like terminated surface structure. For an adsorption of oxygen at 800 K, LEED shows an unrelated oxygen induced superstructure with a lattice spacing of $2.93\;{\AA}$ in addition to the ($1{\times}1$) substrate spots. The combined HREELS and the UPS data point to an oxygen chemisorption on threefold aluminum sites while PAX confirms an islands growth of the overlayer. Since such sites are not available on the $Ni_3Al(111)$ surface, we conclude the buildup of an oxygen covered aluminum overlayer. During oxygen exposure at 1000 K, however, we observe the growth of ${\gamma} structure on the reordered $Ni_3Al(111)$ substrate surface. This structure has been identified by means of HREELS and STM. The HREELS data will show that at 800 K the oxidation shows a very characteristic behavior that cannot be described by the formation of an $Al_2O_3$ overlayer. Moreover, the STM image shows a "Strawberry" structure due to the oxide islands formation at 1000 K. Conclusively, from the oxygen interaction with $Ni_3Al(111)$ alloy surface at 800 K and 1000 K an islands growth of the aluminum oxide overlayer has been found.

Ordered Ni3Al(111) 합금표면과 산소와의 상호작용 : 800 K와 1000 K에서의 흡착과 oxide islands 형성연구

800 K와 1000 K에서 ordered $Ni_3Al(111)$ 합금표면과 산소기체와의 상호작용을 LEED, STM, HRBBLS, UPS, 그리고 PAX를 이용 고찰하였다. 산소가 없는 깨끗한 $Ni_3Al(111)$ 표면에 대한 LEED 측정결과 어떤 "$2{\times}2$" 패턴이 관측되었는데, 이는 규칙적인 벌크와 같은 terminated 표면구조를 가짐을 의미한다. 그러나 800 K로 유지된 같은 표면에 산소를 흡착시킨 후 LEED를 관찰하면 ($1{\times}1$) substrate spots 외에 산소에 의해 유발된 lattice spacing이 $2.93\;{\AA}$인 어떤 회전되지 않은 superstructure가 얻어졌다. 이를 자세히 규명하기 위해 HREELS와 UPS를 측정한 결과 threefold aluminum 자리에 산소들이 화학흡착됨을 알 수 있었고, 아울러 PAX 측정결과 흡착된 overlayer들이 어떤 oxide island 형태로 성장됨을 보여주었다. 그러나 실질적으로 $Ni_3Al(111)$ 표면에서는 그러한 자리들이 유효하지 않기 때문에 우리들은 oxide island 생성은 $Ni_3Al(111)$ 표면에 있는 aluminum overlayer들을 덮음으로써 성장되고 있다고 결론을 내렸다. 한편, 1000 K로 유지된 $Ni_3Al(111)$ 표면에 산소를 노출하면 ${\gamma} 구조가 성장됨을 HREELS와 STM 측정결과로부터 알 수 있었다. 그리고 HREELS 측정결과, 800 K에서 산화는 매우 특이한 양상을 띄며 일어나고 있으나 정확하게 $Al_2O_3$ overlayer가 형성되는 경우와는 일치하지 않음을 알 수 있었고, 1000 K에서 산소노출 후 얻은 STM 영상 역시 oxide island 들이 형성에 기인된 어떤 "Strawberry" 구조를 보여주었으나 정확하게 $Al_2O_3$ overlayer가 형성되었는지는 규명할 수 없었다. 결론적으로, 800 K와 1000 K에서 $Ni_3Al(111)$ 합금표면위의 산소 상호작용결과 어떤 aluminum oxide overlayer의 island들이 성장됨을 확인할 수 있었다.