Im Rahmen dieser Doktorarbeit werden die morphologischen und elektronischen Eigenschaften von dünnen Ceroxidschichten (CeO_2) auf einem (0001) Rutheniumeinkristall als Modellsystem für die heterogene Katalyse untersucht. Im Fokus stehen Sauerstofffehlstellen in der O-Ce-O Oxidfilmstruktur, welche maßgeblich für die katalytische Aktivität des Modellsystems sind. Im selben Fokus steht die Verteilung der Kupfernanopartikel auf der Oberläche. Kupfer bevorzugt es eher Elektronen an die Oxidschicht abzugeben, was als Konsequenz eine Reduktion der Ce ionen von einem Ce^4+ zu einem Ce^3+ Ladungszustand mit sich bringt. Ein klarer Hinweis dafür lässt sich mittels XPS finden. Der Einfluss ist stark genug, um höchsten Reduktionsgrad der Filme, von 17% auf über 50% zu treiben. Dieser Reduktionsgrad ergibt eine Anzahl an Ce^3+ Ionen, welche vergleichbar mit der aus der Bixbyitestoichiometrie (Ce_2O_3) ist. <dt.>
The outline of this PhD thesis is concerned with the study of morphologic and electronic characteristics of cerium dioxide (111) thin films on a ruthenium (0001) crystal as a model system for heterogenous catalysis. The focus in this thesis is on oxygen vacancies in the O-Ce-O oxide layers, which control the catalytic activity of the model system and are introduced by annealing the film at highly reducing conditions. Under the same focus is the distribution of the copper nano-particles on the surface of the oxide films. Copper rather prefers to donate charges to Ce ions in the film that consequently transform from Ce^4+ to Ce^3+. Clear evidence for this comes from XPS investigations. The impact of the copper ad-particles on the degree of reduction is strong enough to drive the highest degree of reduction from former 17% to over 50% in the near surface regime. This means the amount of Ce^3+ ions in the film is comparable to that of the bixbyite stoichiometry of ceria (Ce_2O_3). <engl.>
In dieser Arbeit wird experimentell der Wärmeübertrag durch einzelne Moleküle sowie durch die Kopplung der thermischen Nahfelder zwischen Probe und Sonde untersucht. Dafür werden Messungen im Ultrahochvakuum mit dem Near-Field-Scanning-Thermal-Microscope (NSThM) durchgeführt, welches auf einem kommerziellen Rastertunnelmikroskop mit einer um ein Mikro-Thermoelement erweiterten Sonde beruht. Dessen einzigartiger Aufbau ermöglicht das Kontaktieren einzelner Oktandithiol (ODT)-Moleküle und damit die Bestimmung einer oberen Schranke für die thermische Leitfähigkeit eines ODT von 53 pW/K. Des Weiteren wird durch die Verwendung von Phasenübergangsmaterialien als Probe gezielt der Nahfeldwärmeübertrag zwischen Probe und Sonde variiert. Diese Änderung wird jedoch von dem Einfluss einer Restgaskondensationsschicht auf der Kristalloberfläche dominiert, welche den Nahfeldwärmeübertrag um einen Faktor 20 erhöht und damit alle diesbezüglich veröffentlichten Werte um eine Größenordnung übersteigt. <dt.>
In this work, the heat transfer through single molecules and via the coupling of the thermal near fields between a sample and a probe are experimentally investigated. The measurements are performed under ultrahigh vacuum conditions by means of Near-Field Scanning Thermal Microscope (NSThM), which bases on a commercial scanning tunneling microscope. The probe of the NSThM is augmented by a submicron thermocouple. Its unique structure enables contacting of individual Oktandithiol (ODT) molecules, and thus the determination of an upper limit for the thermal conductivity of an ODT of 53 pW/K. Furthermore, the resulting near-field heat flux between sample and probe is varied by the use of phase transition materials as a sample. However, this effect is dominated by the impact of a residual gas condensation layer on the sample surface. Its influence increases the measured near-field heat flux by a factor of 20, and thus exceeds the values reported in the literature by one order of magnitude. <engl.>
