In dieser Dissertation wird die Struktur von ultradünnen Schichten auf atomar ebenen Festkörperoberflächen durch die streifende Streuung von Atomen und Molekülen untersucht. Dabei werden Atome mit kinetischen Energien im keV-Bereich unter flachem Einfallswinkel von etwa 1° an der Oberfläche gestreut und mit einem ortsauflösenden Detektor nachgewiesen. Bei hinreichend kleinen Projektilenergien werden Beugungserscheinungen beobachtet, die durch Interferenz von Materiewellen erklärt werden können. Die Auswertung der Intensität der Beugungsreflexe ermöglicht die Bestimmung von Atompositionen. Wird die Probe azimutal verdreht, ändern sich die seitliche Ablenkung der Projektile und die Zahl der während des Streuprozesses an der Oberfläche emittierten Elektronen. Dies wird zur Identifikation von Richtungen mit dichtgepackten Atomketten genutzt und der Vergleich mit Trajektoriensimulationen gestattet Rückschlüsse auf die Atompositionen der obersten Lage. Beim System einer Atomlage SiO2/Mo(112) kann durch mehrere Messmethoden eindeutig zwischen zwei konkurrierenden Strukturmodellen unterschieden und die Atompositionen eines Modells mit hoher Genauigkeit bestätigt werden. Die Adsorption von Sauerstoff auf einer Mo(112)-Oberfläche wird detailliert studiert und für mehrere Überstrukturphasen werden Modelle aufgestellt. Für V2O3/Au(111) kann durch Triangulationsmessungen eine geringfügige Modifikation eines existierenden Strukturmodells abgeleitet werden. Auf einer Cu(001)-Oberfläche werden dünne, kristalline FeO und Fe3O4-Schichten präpariert und untersucht. Die Inkommensurabilität der quadratischen Substrat- und der hexagonalen Adsorbateinheitszelle führt zu komplexen LEED-Mustern, die durch Mehrfachstreuung erklärt werden können. Dies ist auch der Schlüssel zur Erklärung der Beugungsbilder bei Adsorbatstrukturen der chiralen Aminosäure Alanin auf Cu(110) und damit die Grundlage für die Aufstellung eines Strukturmodells für dieses System. / In this thesis the structure of ultrathin films on atomically flat crystal surfaces is investigated by means of grazing scattering of atoms and molecules. Atoms with kinetic energies in the keV regime are scattered from the surface under small angles of incidence of approximately 1° and are detected by means of a position-sensitive detector. For sufficiently small projectile energies diffraction phenomena are observed which can be explained by interference of matter waves. The analysis of the intensities of diffraction spots makes it possible to determine atomic positions. When the sample is rotated azimuthally the deflection of projectiles and the number of emitted electrons during the scattering process at the surface varies. This is used to identify directions with close-packed strings of atoms and comparison with trajectory simulations gives information on atomic positions of the topmost layer. For the system of one atomic layer of SiO2/Mo(112) it can be unambiguously distinguished between two competing structural models. The positions of atoms of one model are confirmed with high accuracy by the use of several methods. The adsorption of oxygen on a Mo(112) surface is studied in detail and for several superstructure phases models are proposed. For the surface of a V2O3 layer on a Au(111) substrate a slight modification of an existing structural model is derived by means of triangulation measurements. On a Cu(001) surface thin crystalline FeO and Fe3O4 films are grown and studied. The incommensurability of the quadratic substrate with the hexagonal adsorbate surface unit cell gives rise to complex pattern for low energy electron diffraction, which can be explained by multiple scattering. This is also the key to the explanation of diffraction images for adsorbate structures of the chiral amino acid alanine on Cu(110) and the basis for developing a structural model for this system.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Bestimmung der Oberflächenstruktur von Oxidkristallen. Die strukturelle Charakterisierung fand mittels der streifenden Streuung schneller Atome und Moleküle statt. Bei dieser Methode werden Atome oder Moleküle mit Energien im keV Bereich unter streifendem Einfall an einer Einkristalloberfläche gestreut. Sie werden unter axialer Gitterführung entlang niedrig-indizierter Kristallrichtungen gestreut und können mittels eines ortsauflösenden Detektors nachgewiesen werden. Bei hinreichend kleinen Energien werden Beugungserscheinungen beobachtet, die auf die Interferenz von Materiewellen zurückzuführen sind. Durch eine Analyse der Streuverteilung der Projektile, können Rückschlüsse auf das Wechselwirkungspotential und somit auf die Struktur der Oberfläche gezogen werden. Durch die Untersuchung der (100)- und (001)-Fläche konnten alle Gitterparameter des Ga2O3-Systems bestimmt werden. Die Messungen an der (100) Fläche lieferten Aufschluss über die Terminierung, für die ein alternatives Strukturmodell entwickelt wurde. Aufbauend auf der Entdeckung der longitudinalen Kohärenz bei der streifenden Streuung von Atomen an der Al2O3(11-20)-Fläche konnten die vorhandenen Messungen erweitert und ein effektives Auswerteprogramm entwickelt werden. Bei Messungen an der Al2O3(0001)-Fläche wurde ebenfalls das Auftreten einer longitudinalen Kohärenz beobachtet. Für beide Flächen wurden die jeweiligen Gitterparameter mit höchster Präzision bestimmt und die Intensitätsverteilung der Streubilder durch ein einfaches Modell beschrieben. Erstmalig in dieser Arbeitsgruppe konnte ein Wechselwirkungspotential für die Streuung von H2-Molekülen an einer KCl(001)-Fläche abgeleitet werden. Der im Experiment beobachtete drastische Unterschied in der Intensitätsmodulation der Beugungsreflexe mit der senkrecht-de Broglie Wellenlänge für gestreute Atome und Moleküle konnte mit Simulationen unter Verwendung des abgeleiteten Wechselwirkungspotentials erklärt werden. / This PhD thesis deals with the investigation of surface structures of oxide crystal surfaces. Therefore, the method of grazing scattering of fast atoms and molecules was applied. The projectiles are scattered with energies in the keV range under grazing incidence from a single crystal surface along low-indexed surface directions. They are recorded with a position sensitive detector. For sufficiently low energies diffraction patterns are observed that can be understood in terms of the interference of matter waves. By analyzing these patterns the interaction potential and in this manner the surface structure can be derived. The investigation of the (100) and (001) surface led to a determination of all lattice parameters of the Ga2O3 system so that it was possible to determine the termination of the (100) surface. An alternative structural model for this termination could be derived. After the discovery of a longithudinal coherence for the grazing scattering process on a Al2O3(11-20) surface, the existing measurements were expanded and an effective evaluation procedure was developed. In measurements on the Al2O3(0001) surface the longithudinal coherence was observed as well. For both surfaces, the lattice parameters could be determined with very high accuracy and the intensity distribution was described by a very simple model. For the first time in this working group the interaction potential for the scattering of H2 molecules from a KCl(001) surface could be deviated. The observed difference in the intensity distribution in dependence of the perpendicular de Broglie wavelength for scattered atoms and molecules could be explained by applying simulations using the deviated interaction potential.

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