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Aqueous solutions were studied using photoelectron and Auger spectroscopy, based on synchrotron radiation and a liquid micro-jet setup. By varying the photon energy in photoelectron spectra, we depth profiled an aqueous tetrabutylammonium iodide (TBAI) solution. Assuming uniform angular emission from the core levels, we found that the TBA+ ions were oriented at the surface with the hydrophobic butyl arms sticking into the liquid. We investigated the association between ions and their neighbors in aqueous solutions by studying the electronic decay after core ionization. The (2p)−1 decay of solvated K+ and Ca2+ ions was studied. The main features in the investigated decay spectra corresponded to two-hole final states localized on the ions. The spectra also showed additional features, related to delocalized two-hole final states with vacancies on a cation and a neighboring water molecule. These two processes compete, and by comparing relative intensities and using the known rate for the localized decay, we determined the time-scale for the delocalized process for the two ions. We compared to delocalized electronic decay processes in Na+, Mg2+, and Al3+, and found that they were slower in K+ and Ca2+, due to different internal decay mechanisms of the ions, as well as external differences in the ion-solute distances and interactions. In the O 1s Auger spectra of aqueous metal halide solutions, we observed features related to delocalized two-hole final states with vacancies on a water molecule and a neighboring solvated anion. The relative intensity of these feature indicated that the strength of the interaction between the halide ions and water correlated with ionic size. The delocalized decay was also used to investigate contact ion pair formation in high concentrated potassium halide solutions, but no concrete evidence of contact ion pairs was observed. / Felaktigt tryckt som Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 726

Cette thèse est consacrée à l'étude de la physico-chimie des structures électroniques et microélectroniques à base de phosphure d'indium (InP). Le contexte scientifique de cette étude est d'abord abordé dans une description de la pollution atmosphérique ainsi que de sa métrologie. Les propriétés physico-chimiques et électroniques de InP sont particulièrement détaillées. Les structures des capteurs de gaz en cours de développement pour cette application sont ensuite répertoriées. Les méthodes de caractérisation chimique (spectroscopie de surface XPS et Auger, microscopie à force atomique AFM) et électronique (Van der Pauw) ainsi que l'analyse théorique des propriétés électroniques des couches minces sont également présentées. Enfin, des mesures en laboratoire à température et concentration variables de NO2 proches de celles rencontrées dans une atmosphère urbaine sont présentées. Les résultats obtenus suite à l'analyse théorique et aux différentes expériences ont montré le rôle prédominant des oxydes natifs présents à la surface de InP sur les réponses des capteurs. Ces derniers interviennent également sur la stabilité de la réponse aux gaz, tout comme leurs propriétés physico-chimiques. Les résultats des caractérisations électroniques et chimiques corroborent les résultats des essais des capteurs et permettent une modélisation de l'action du gaz sur InP

Die Arbeit beschäftigt sich mit der neuartigen Wechselwirkung von intensiven und ultrakurzen Röntgenlaserpulsen mit atomaren endlichen Systemen, die derzeit durch eine neue Generation von Lichtquellen, sogenannter X-ray free-electron laser (XFEL) zugänglich gemacht wird. Eine der Vorzeigeanwendungen der XFELs ist die zukünftig potentiell mögliche Strukturbestimmung endlicher nicht-periodischer Systeme mit atomarer Auflösung durch Diffraktion. Hierbei stellt sich der durch die hohe notwendige Pulsintensität bedingte Strahlenschaden an dem System als limitierender Faktor heraus, der ein detailliertes Verständnis der durch Photoabsorption induzierten Dynamik voraussetzt, um diese Art der "Mikroskopie" zum Erfolg zu führen. Wir verwenden daher zur Beschreibung der laserinduzierten Dynamik ein mikroskopisches Modell in dem Photoionisation und inner-atomare Zerfallsprozesse durch quantenmechanische Raten behandelt werden und die Dynamik der Ionen und energetischen Elektronen in einer klassischen Molekulardynamik-Simulation erfasst wird. Eine Neuerung gegenüber bisherigen Modellen ist die Berücksichtigung der Ionisation von Atomen durch starke interne Felder in dem hoch-geladenen System. Durch eine Anwendung des Modells auf Neoncluster kann gezeigt werden, dass diese Feldionisation einen wichtigen Beitrag zur laserinduzierten Dynamik darstellt. Sie führt zur ultraschnellen Formation eines Nanoplasmas, welches sich im Kern des geladenen Clusters ansammelt und dort die Ladung der Clusterionen neutralisert. Hierdurch wird eine vorzeitige Coulomb-Explosion des Clusters vermieden. Es wird dargelegt, dass dieser Mechanismus der lokalen Schadensreduzierung durch die Einbettung des Clusters in ein Heliumtröpfchen auf den gesamten Cluster ausgeweitet werden kann, da durch Feldionisation und Migration von Elektronen die vollständige laserbedingte Aufladung des Clusters auf das Heliumtröpfchen transferiert wird. Eine Analyse der resultierenden Diffraktionsmuster bestätigt, dass der reduzierte Strahlenschaden am Cluster den Anwendungsbereich für Diffraktionsexperimente erheblich ausweitet. Kürzlich wurde am SLAC National Accelerator Laboratory der erste XFEL in Betrieb genommen. Eine Modifikation des Modells auf dort bereits erzielbare Wellenlängen wird genutzt um Vorhersagen über das Photoabsorptionsverhalten, aus dem alle weiteren Schäden folgen, an kleinen Neoncluster zu treffen. Hiermit lassen sich bereits jetzt durch den Vergleich zu Experimenten die wichtigen Schadensmechanismen und ihre theoretische Beschreibung testen. Es wird ferner das interessante Relaxationsverhalten des durch massive Photoionisation in XFEL-Strahlung erzeugten Elektronenplasmas untersucht. Diese neuartige Anregung erfolgt auf einer Femtosekunden-Zeitskala und produziert eine hohe Dichte an energetischen Elektronen. Wir beschreiben dieses Plasma durch ein generisches Modell seiner Vielteilchen-Dynamik. Hierbei kann der gesamte Parameterraum des Modells in vier Klassen unterteilt werden, die sich nach Anregungsgrad, der den Elektronenverlust des Plasmas regelt, und Anregungsdauer, die die transiente Dynamik beeinflusst, unterscheiden. Speziell der Bereich starker Anregung bei gleichzeitig kurzer Anregungsdauer zeigt ein interessantes neues Verhalten, bei dem sich eine Equilibrierung des Systems im Kontinuum andeutet.

Spin-polarized electron beam has not yet been produced from an unpolarized electron beam using Stern-Gerlach type spin filter, because of the Lorentz force and Heisenberg uncertainty principle. At present, electron spin detectors and filters work on the basis of spin-dependent scattering of an electron beam from crystal surfaces. Single channel efficiencies of all the spin detectors for electrons are orders of magnitudes lower than the ideal one. Specular reflection type spin-polarized low energy electron diffraction (SPLEED)-spin detectors are having higher single channel efficiencies compared to the conventional Mott detectors. Moreover, multichannel detection can be realized from specular reflection type SPLEED-spin detectors. They have higher effective efficiency than the ideal spin detector. In order to develop specular reflection type spin filter, it is important to develop a spin-polarized low energy electron diffraction system. In addition, SPLEED system allows us to study the spin-orbit and exchange scattering at crystal surfaces. The general direction of the thesis has been the development of spin-polarized low energy electron diffraction (SPLEED) system. This system has been used to investigate the spin-orbit interactions on Ir(100) surface and exchange interactions of Fe grown on Ir(100). The thesis is organized into chapters as follows. Chapter 1 introduce the reader to some of the basic concepts of polarized electrons and the evolution of spin-polarized electron sources and detectors. Sources of polarized electrons are discussed with emphasis on photocathodes such as GaAs and strained GaAs. Widely used spin detector is the Mott detector which works in the higher energy range. The working principle of the Mott detector is discussed. Commonly used spin detector in the lower energy range is the LEED detector. The concept of the LEED detector is also discussed. Working principle and recent developments of specular reflection type SPLEED spin filters are introduced. Evolution of electron spin detector is discussed towards the end of the chapter. Chapter 2 discusses about the two instruments designed and developed during the course of the thesis. The first one is a spin-polarized low energy electron diffraction system working in the reflected electron pulse counting mode in UHV. This system is capable of measuring spin asymmetries due to spin-orbit interaction and exchange interaction. This instrument is useful in understanding structure and magnetism at surfaces as well as helps to develop new spin polarimeter based on SPLEED by evaluating spin asymmetries from different surfaces. All instruments connected to SPLEED system, measurement protocol and controlling software are discussed with some details. Along with this, standard characterization tools such as X-ray diffraction and magneto-optic Kerr effect measurements are discussed. The second instrument is a novel quadratic magneto-optic Kerr effect measurement system using permanent magnets, which is simple, compact and cost-effective. We have used rotating field method to extract QMOKE component in saturation. So there is no need for precise real-time measurement of magnitude and direction of the magnetic field as in the case of vector magnet. This instrument can easily quantify QMOKE coefficients for ferrimagnetic and ferromagnetic thin films and single crystals. Chapter 3 discusses SPLEED experiments carried out on Ir(100)-(1×5)-Hex and Ir(100)-(1×2+2×1)-O surfaces. The surface structure and surface preparation techniques are discussed. The stability of the Ir(100)-(1×5)-Hex surface is evaluated by monitoring the spin asymmetry as the function of time. Within 25 hours after the surface preparation, the profile of the spin asymmetry and the reflected electron count for Ir(100)-(1×5)-Hex surface resembles that of hydrogen adsorbed Ir(100)-(1×5)-H surface. The electron energy-angle of incidence landscape of reflectivity, spin asymmetry and figure of merit are recorded for Ir(100)-(1×2+2×1)-O surface. Many wide regions with a large figure of merit are identified in the E- landscape. Chapter 4 reports SPLEED experiments carried out on Ir(100)-(1×5)-H surface. The comparison between asymmetries evaluated for the Ir(100)-(1×5)-Hex surface after 25 hours and Ir(100)-(1×5)-H surface suggests that Ir(100)-(1×5)-Hex surface is transforming to Ir(100)-(1×5)-H surface, in 25 hours. This can be due to the adsorption of more than four Langmuir of residual hydrogen during this time. The energy-angle landscape of reflectivity, asymmetry and figure of merit are recorded for Ir(100)-(1×5)-H surface in an energy range 20 eV to 100 eV and angle range 10 to 60 . Many regions are identified as the working point for specular reflection type spin filter based on SPLEED. The surface structure and surface preparation techniques are discussed. The stability of the surface is also evaluated. Chapter 5 investigates the growth and magnetic properties of Fe(100) film on Ir(100)-(1×1), Ir(100)-(1×5)-Hex and Ir(100)-(1×2+2×1)-O surfaces. LEED, MEED, LMOKE and QMOKE studies were presented. The growth is found to be layer-by-layer at least up to 20 monolayers (ML) at room temperature. At higher deposition temperature, the MEED oscillations disappear around 3-5 ML. Magnetic anisotropy of the Fe(100) film grown on Ir(100)-(1×2+2×1)-O surfaces is evaluated using LMOKE measurement using Kerr microscope. Simultaneous in-situ LMOKE and MEED measurements were carried out during the deposition. Ferromagnetic ordering with an in-plane easy axis starts above 4.5 ML at room temperature. The Kerr rotation normalized by thickness is evaluated in the pseudomorphic regime and strain relaxed regime. The probing depth of the MOKE is found to be around 14 nm in Fe(100)/Ir(100). An antisymmetric component is observed in the re-magnetization loop measured using MOKE. This antisymmetric loop arises due to the quadratic magneto-optic coupling which is separated by symmetrization and antisymmetrization procedure. The observed quadratic magneto-optic coupling suggests that the analysis based on the assumption that the magneto-optic coupling is linear in magnetization has to be modified. In order to quantify the quadratic magneto-optic coupling parameters, a QMOKE measurement system is developed and measurements were carried out. Chapter 6 discusses SPLEED experiments carried out on various thicknesses of Fe(100) film. Fe(100) films grown on Ir(100) substrate with the thickness less than or equal to 4 ML is not ferromagnetic with in-plane easy axis at room temperature. The non-zero exchange asymmetry observed for 5 ML and above indicates the presence of ferromagnetic ordering. A difference in the profile of exchange asymmetry is observed between pseudomorphic and strain relaxed regime. Large spin-orbit asymmetry is observed for 1 ML and 2 ML Fe(100) which is unexpected from a low atomic number (Z) material. The reason for large spin-orbit asymmetry is still unknown. The energy-angle landscape of reflectivity, exchange asymmetry, spin-orbit asymmetry and figure of merit were evaluated for 21 ML of Fe(100). Many working points were identified for different types multichannel spin filter based on exchange interaction Finally, the various results are summarized and a broad outlook is given.

Poptávka ze strany vesmírného výzkumu, zdravotnictví a bezpečnostního průmyslu způsobila v posledních letech zvýšený zájem o vývoj materiálů pro detekci a zobrazování vysokoenergetického záření. CdTe a jeho slitina CdZnTe. jsou polovodiče umožnují detekci záření o energiích v rozsahu 10 keV až 500 keV. Šířka zakázaného pásma u CdTe / CdZnTe je 1.46 -1.6 eV, což umožňuje produkci krystalů o vysoké rezistivitě (10^10-10^11 cm), která je dostačující pro použití CdTe / CdZnTe při pokojové teplotě. V mé práci byly zkoumány detektory CdTe/CdZnTe v různých stádiích jejich poruchovosti. Byly použity velmi kvalitní spektroskopické detektory, materiál s nižší rezistivitou a výraznou polarizací, detektory s asymetrií elektrických parametrů kontaktů a teplotně degenerované vzorky. Z výsledků analýzy nízkofrekvenčního šumu je patrný obecný závěr, že zvýšená koncentrace defektů způsobí změnu povahy původně monotónního spektra typu 1/f na spektrum s výrazným vlivem generačně-rekombinačních procesů. Další výrazná vlastnost degenerovaných detektorů a detektorů nižší kvality je nárůst spektrální hustoty šumu typu 1/f se vzrůstajícím napájecím napětí se směrnicí výrazně vyšší než 2. Strukturální a chemické analýzy poukázaly, že teplotní generace detektorů způsobuje difuzi kovu použitého při kontaktování a stopových prvků hlouběji do objemu krystalu. Část mé práce je věnována modifikaci povrchu svazkem argonových iontů a jejímu vlivu na chemické složení a morfologii povrchu.

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Die Arbeit beschäftigt sich mit der neuartigen Wechselwirkung von intensiven und ultrakurzen Röntgenlaserpulsen mit atomaren endlichen Systemen, die derzeit durch eine neue Generation von Lichtquellen, sogenannter X-ray free-electron laser (XFEL) zugänglich gemacht wird. Eine der Vorzeigeanwendungen der XFELs ist die zukünftig potentiell mögliche Strukturbestimmung endlicher nicht-periodischer Systeme mit atomarer Auflösung durch Diffraktion. Hierbei stellt sich der durch die hohe notwendige Pulsintensität bedingte Strahlenschaden an dem System als limitierender Faktor heraus, der ein detailliertes Verständnis der durch Photoabsorption induzierten Dynamik voraussetzt, um diese Art der "Mikroskopie" zum Erfolg zu führen. Wir verwenden daher zur Beschreibung der laserinduzierten Dynamik ein mikroskopisches Modell in dem Photoionisation und inner-atomare Zerfallsprozesse durch quantenmechanische Raten behandelt werden und die Dynamik der Ionen und energetischen Elektronen in einer klassischen Molekulardynamik-Simulation erfasst wird. Eine Neuerung gegenüber bisherigen Modellen ist die Berücksichtigung der Ionisation von Atomen durch starke interne Felder in dem hoch-geladenen System. Durch eine Anwendung des Modells auf Neoncluster kann gezeigt werden, dass diese Feldionisation einen wichtigen Beitrag zur laserinduzierten Dynamik darstellt. Sie führt zur ultraschnellen Formation eines Nanoplasmas, welches sich im Kern des geladenen Clusters ansammelt und dort die Ladung der Clusterionen neutralisert. Hierdurch wird eine vorzeitige Coulomb-Explosion des Clusters vermieden. Es wird dargelegt, dass dieser Mechanismus der lokalen Schadensreduzierung durch die Einbettung des Clusters in ein Heliumtröpfchen auf den gesamten Cluster ausgeweitet werden kann, da durch Feldionisation und Migration von Elektronen die vollständige laserbedingte Aufladung des Clusters auf das Heliumtröpfchen transferiert wird. Eine Analyse der resultierenden Diffraktionsmuster bestätigt, dass der reduzierte Strahlenschaden am Cluster den Anwendungsbereich für Diffraktionsexperimente erheblich ausweitet. Kürzlich wurde am SLAC National Accelerator Laboratory der erste XFEL in Betrieb genommen. Eine Modifikation des Modells auf dort bereits erzielbare Wellenlängen wird genutzt um Vorhersagen über das Photoabsorptionsverhalten, aus dem alle weiteren Schäden folgen, an kleinen Neoncluster zu treffen. Hiermit lassen sich bereits jetzt durch den Vergleich zu Experimenten die wichtigen Schadensmechanismen und ihre theoretische Beschreibung testen. Es wird ferner das interessante Relaxationsverhalten des durch massive Photoionisation in XFEL-Strahlung erzeugten Elektronenplasmas untersucht. Diese neuartige Anregung erfolgt auf einer Femtosekunden-Zeitskala und produziert eine hohe Dichte an energetischen Elektronen. Wir beschreiben dieses Plasma durch ein generisches Modell seiner Vielteilchen-Dynamik. Hierbei kann der gesamte Parameterraum des Modells in vier Klassen unterteilt werden, die sich nach Anregungsgrad, der den Elektronenverlust des Plasmas regelt, und Anregungsdauer, die die transiente Dynamik beeinflusst, unterscheiden. Speziell der Bereich starker Anregung bei gleichzeitig kurzer Anregungsdauer zeigt ein interessantes neues Verhalten, bei dem sich eine Equilibrierung des Systems im Kontinuum andeutet.

This article has been published online on 21st May 2014, in Journal of Vacuum Science & Technology A: Vac (Vol.32, Issue 4): http://scitation.aip.org/content/avs/journal/jvsta/32/4/10.1116/1.4878815?aemail=author DOI: 10.1116/1.4878815 This article may be accessed via the issue's table of contents at this link: http://scitation.aip.org/content/avs/journal/jvsta/32/4?aemail=author The surface chemistry of the bis(tri-n-butylphosphane) copper(I) acetylacetonate, [(nBu3P)2Cu(acac)], and the thermal atomic layer deposition (ALD) of Cu2O using this Cu precursor as reactant and wet oxygen as co-reactant on SiO2 substrates are studied by in-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The Cu precursor was evaporated and exposed to the substrates kept at temperatures between 22 °C and 300 °C. The measured phosphorus and carbon concentration on the substrates indicated that most of the [nBu3P] ligands were released either in the gas phase or during adsorption. No disproportionation was observed for the Cu precursor in the temperature range between 22 °C and 145 °C. However, disproportionation of the Cu precursor was observed at 200 °C, since C/Cu concentration ratio decreased and substantial amounts of metallic Cu were present on the substrate. The amount of metallic Cu increased, when the substrate was kept at 300 °C, indicating stronger disproportionation of the Cu precursor. Hence, the upper limit for the ALD of Cu2O from this precursor lies in the temperature range between 145 °C and 200 °C, as the precursor must not alter its chemical and physical state after chemisorption on the substrate. 500 ALD cycles with the probed Cu precursor and wet O2 as co reactant were carried out on SiO2 at 145 °C. After ALD, in situ XPS analysis confirmed the presence of Cu2O on the substrate. Ex-situ spectroscopic ellipsometry indicated an average film thickness of 2.5 nm of Cu2O deposited with a growth per cycle of 0.05 Å/cycle. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) investigations depicted a homogeneous, fine, and granular morphology of the Cu2O ALD film on SiO2. AFM investigations suggest that the deposited Cu2O film is continuous on the SiO2 substrate.

La ségrégation désigne de manière générale des écarts locaux à la concentration nominale d'un soluté dans un solvant. On appelle ségrégation " intergranulaire " le regroupement d'atomes de solutés sur les joints de grains d'un matériau. Ce phénomène est à l'origine de formes d'endommagement bien connues dans les matériaux métalliques. Notre mémoire s'articule en deux parties principales. La première partie concerne le développement de nouvelles méthodes expérimentales pour la quantification de la ségrégation intergranulaire. La spectroscopie d'électrons Auger est la technique expérimentale de prédilection pour l'étude des ségrégations intergranulaires. Elle présente cependant plusieurs inconvénients : préparation d'échantillon difficile, rareté des instruments, aptitude limitée à l'analyse quantitative. Depuis 2006, nous avons développé deux méthodes alternatives à la spectroscopie Auger, que nous présentons en détail. La première technique est fondée sur la spectroscopie de photons X à dispersion de longueur d'onde, qu'on désigne par l'acronyme anglais WDS (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy). Elle peut être mise en œuvre dans un microscope électronique à balayage muni d'un détecteur WDS. La seconde méthode repose sur la spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS : Secondary Ion Mass Spectrometry). Pour clore cette première partie du manuscrit, nous présentons une étude de la ségrégation d'équilibre du soufre aux joints de grains du nickel. Nous y confrontons les résultats de trois méthodes de quantification (Auger, WDS et SIMS), pour souligner leur complémentarité. La deuxième partie du mémoire porte sur la ségrégation hors d'équilibre. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la ségrégation intergranulaire du soufre dans le nickel en cours de déformation plastique à chaud. La ségrégation intergranulaire du soufre au cours de la mise en forme à chaud des alliages de nickel est encore à l'heure actuelle à l'origine d'endommagements importants. En particulier, l'étape de réchauffage des lingots, avant laminage, conduit souvent à de la fissuration intergranulaire en surface et sous-surface. Il s'agit ici de comprendre la cinétique de ségrégation intergranulaire, en relation avec la température et la vitesse de déformation. Les résultats montrent un effet accélérateur fulgurant de la déformation plastique sur la cinétique de ségrégation. On observe de plus, de façon assez inattendue, une quasi-proportionnalité des vitesses de ségrégation et de déformation, et une quasi-indépendance à la température. Nous proposons deux interprétations de ces observations : l'une fondée sur les lacunes de déformation plastique qui accélèrent la diffusion du soluté, l'autre sur les dislocations, qui agissent à la fois comme " collecteurs " de soluté et comme courts-circuits de diffusion. Enfin, nous nous intéressons à l'effet accélérateur des anciens joints de grains austénitiques sur la ségrégation du phosphore à la surface d'un acier martensitique.