Ultraschnelle Elektronenbeugung an Oberflächen zur Untersuchung des ballistischen Wärmetransports in nanoskaligen Heterosystemen

In der vorliegenden Arbeit wurde anhand der Modellsysteme Bi/Si(111), Bi/Si(001) und Pb/Si(111) der Wärmetransport über die Grenzfläche zwischen Film und Substrat untersucht. P. L. Kapitza veröffentlichte bereits 1941, dass der Wärmefluss über Grenzflächen durch diese selbst reduziert wird [126, 128]. Dieser Wärmetransport kann mit dem Diffuse Mismatch Model (DMM) und dem Acoustic Mismatch Model (AMM) sehr gut für Volumina beschrieben werden [128]. Das AMM kann bei glatten, abrupten Grenzflächen und das DMM bei Grenzflächen mit großer Rauhigkeit im Verhältnis zur dominanten Phononenwellenlänge verwendet werden [93, 126, 128]. Es konnte bestätigt werden, dass mit den grundlegendsten Modellen AMM und DMM der Wärmetransport über Grenzflächen korrekt beschrieben werden kann. Nach Anregung der Oberflächen mit intensiven fs-Laserpulsen wurde mittels zeitaufgelöster Elektronenbeugung das transiente Temperaturverhalten der Oberfläche und daraus die Leitfähigkeit der Grenzfläche bestimmt. Es wurden wohldefinierte, epitaktische, in-situ gewachsene Filme mit Schichtdicken zwischen 2.5 und 34.5 nm für Bi/Si(111) präpariert und untersucht. Für den gesamten Schichtdickenbereich konnte eine sehr gute Übereinstimmung der Theorie und der Messdaten gezeigt werden. Der Einfluss der Grenzfläche wurde durch Messungen mit Filmen auf unterschiedlichen Substraten - Bi/Si(111) und Bi/Si(001) - untersucht. Für Schichtdickenoberhalb von 6 nm wurde für Bi/Si(001) ebenfalls eine sehr gute Übereinstimmung mit den Modellen gezeigt. Jedoch ist in den experimentellen Daten bei Schichtdicken unterhalb von 6 nm eine deutliche Abweichung von den Modellen zu erkennen. […]