Über die elektronische Wechselwirkung bei der Adsorption und Okklusion von Wasserstoff und Deuterium durch dünne im Ultrahochvakuum aufgedampfte Palladiumfilme

Abstract

Im Ultrahochvakuum aufgedampfte dünne Palladiumfilme werden bei 295°, 195°. 90° und 77 °K mit gemessenen Mengen n Wasserstoff oder Deuterium beladen und die hierdurch bewirkte Änderung des elektrischen Widerstandes R sowie der photoelektrischen Empfindlichkeit I/I0 der Filmoberfläche verfolgt.Bei allen Temperaturen nimmt I/I0 zu Anfang sehr stark ab. d. h. es bildet sich zuerst eine nach außen negative Adsorptionsschicht. R wird gleichzeitig erhöht. Noch vor der Ausbildung einer mono- a'omaren Adsorptionsschicht gewinnt ein zweiter Prozeß, der den Widerstand absinken läßt, das Übergewicht. Da I/I0 hierdurch nicht mehr beeinflußt wird. dringt das Gas bei dem zweiten Prozeß in den Film ein. Es kann bei 295 °K durch Abpumpen unter Widerstandszunahme zum Teil wieder desorbiert werden. Bei 195 °K, 90 °K und 77 °K werden unter den angewandten Drucken (p < 10-1 Torr), nachdem die Oberfläche besetzt ist, in einem dritten Prozeß wesentlich größere Gasmengen vom Palladium im Volumen aufgenommen. Dabei wächst R linear mit der aufgenommenen Gasmenge bis um 90% des Anfangswiderstandes. I/I0 fällt nur sehr wenig ab. Bei Deuteriumaufnahme ist die Widerstandszunahme größer als bei Aufnahme von Wasserstoff. Bei 195°K zerfällt die entstandene β-Phase, wenn der Gasdruck unter 10-4 Torr erniedrigt wird; die negative Adsorptionsschicht wird nicht desorbiert. Bei 90°K und 77°K ist die β-Phase auch bei Drucken unterhalb 10-7 Torr beständig. Die Widerstandszunahme ist bei dem Atomverhältnis H/Pd bzw. D/Pd =1 beendet, die β-Phase also voll ausgebildet. Anschließend wird bis zu D/Pd bzw. H/Pd ≈ 1,8 weiteres Gas aufgenommen. das den Widerstand jedoch nur wenig absinken läßt und beim Abpumpen wieder abgegeben wird. Es ist anzunehmen, daß beim Aufbau der β-Phase bis H/Pd bzw. D/Pd =1 die D- bzw. Η-Atome in die Oktaederlücken des Palladiumgitters eingebaut werden. Da beim Atomverhältnis 0,6 in dem linearen Anstieg von R/R0 vs Atomverhältnis keinerlei Besonderheit auftritt, ist nicht das Auffüllen der 4d-Lücken des Palladiumgitters, sondern die Störung des Leitungsmechanismus durch die eingebauten Fremdatome die Ursache der Widerstandszunahme bei der Aufnahme des Wasserstoffs bzw. Deuteriums bis zum Atomverhältnis eins. Die Bildung der β-Phase erfolgt von einzelnen Keimen aus, die bei weiterer Gasaufnahme wachsen. Nach dem Aufbau der β-Phase kann der Film zusätzlich Wasserstoff bzw. Deuterium aufnehmen; das zusätzlich aufgenommene Gas verursacht nur eine geringe Widerstands-Abnahme und kann wieder abgepumpt werden.