Studying Complex Surface Dynamical Systems Using Helium-3 Spin-Echo Spectroscopy

واکنش های شیمیایی و فرآیندهای رشد روی سطوح به انتشار و جهت گیری مجدد مولکول های جذب کننده بستگی دارد. بنابراین درک اساسی نیروهای هدایت کننده حرکت سطحی برای پیشرفت بسیاری از زمینه های علم و فناوری بسیار مهم است. تا به امروز، درک ما از اصول اساسی دینامیک سطح، به دلیل مشکلات موجود در اندازه‌گیری تجربی این فرآیندها، بسیار محدود است. تکنیک هلیوم-3 اسپین اکو (HeSE) به طور منحصر به فردی قادر به بررسی چنین پدیده های دینامیکی سطحی است. پایان نامه حاضر زمینه کاربرد HeSE را از سیستم های اتمی و مولکولی کوچک به سیستم های پیچیده تر گسترش می دهد. بهبود در منبع پرتو هلیوم مافوق صوت، یک جزء کلیدی از طیف‌سنج، و همچنین بررسی دقیق طیف وسیعی از گونه‌های جاذب معطر پنج عضوی ارائه شده است. این پایان نامه توصیفی جامع از بسیاری از جنبه های روش HeSE - ابزار دقیق، اندازه گیری و تجزیه و تحلیل داده ها - ارائه می دهد و به این ترتیب مقدمه ای ارزشمند برای تازه واردان به این حوزه ارائه می دهد.

Chemical reactions and growth processes on surfaces depend on the diffusion and re-orientation of the adsorbate molecules. A fundamental understanding of the forces guiding surface motion is thus of utmost importance for the advancement of many fields of science and technology. To date, our understanding of the principles underlying surface dynamics remains extremely limited, due to the difficulties involved in measuring these processes experimentally. The helium-3 spin-echo (HeSE) technique is uniquely capable of probing such surface dynamical phenomena. The present thesis extends the field of application of HeSE from atomic and small molecular systems to more complex systems. Improvements to the supersonic helium beam source, a key component of the spectrometer, as well as a detailed investigation of a range of five-membered aromatic adsorbate species are presented. The thesis provides a comprehensive description of many aspects of the HeSE method - instrumentation, measurement and data analysis - and as such offers a valuable introduction for newcomers to the field.