Benutzer:Ampholyte/Oberflächenchemie

Oberflächenchemie (englisch surface chemistry, surface science) ist ein Teilgebiet der Physikalischen Chemie, bei dem die chemischen und strukturellen Vorgänge untersucht werden, die sich an Grenzflächen abspielen.

Dabei werden oberflächensensitive analytische Methoden angewendet, für die in den letzten Jahrzehnten mehrere Nobelpreise vergeben wurden.

Da die untersuchten Strukturen im Nanometerbereich liegen, zählt man die Oberflächenchemie zu den Nanowissenschaften.

Langmuir, Katalyse, Adsorption, Struktur-Reaktivitätsbeziehung, Modellträgermaterial, Hochvakuum, Ertl, Struktur der Oberfläche, Chemie/Geometrie/Elektronendichte etc., Adsorbatschwingungen (IR),

• Elementare Zusammensetzungen von Oberflächen
• Konzentration von Elementen im Oberflächenbereich
• Verteilung von Elementen im Tiefenprofil der Oberfläche
• chemische Bindung von Adsorbaten
• Oxidationszustand von Oberflächenatomen
• Adsorptionskinetik
• Adsorptionsenergie
• Desorptionskinetik
• Struktur an der Grenzfläche
• Elektronische Struktur an der Grenzfläche
• Schwingungseigenschaften
• Mechanismen von heterogen katalysierten Reaktionen
• Modelle für katalytische Reaktionen und Entwicklung von industriellen Katalysatoren

• Untersuchung der Diffusion von Adsorbaten auf Oberflächen (Oberflächendynamik) > instationäre Prozesse, Musterbildung

Als Oberfläche (engl.: surface) ist dabei der Bereich eines Festkörpers definiert, in dem sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften (z. B. Struktur, elektronische Eigenschaften) vom Rest (engl.: bulk) unterscheiden, wobei die Abweichung von den Volumeneigenschaften ${\displaystyle f(x)}$ i. a. exponentiell mit der Entfernung von der Oberfläche ${\displaystyle x}$ abklingt (proportional zu ${\displaystyle f(x)=\exp(-x)}$). Das Idealbild einer Oberfläche ist analog zum idealen Festkörper eine streng periodisch in zwei Raumrichtungen unendliche ausgedehnte Anordnung von Atomen oder Molekülen.

Eine periodische Anordnung von Atomen oder Molekülen auf einer Oberfläche kann analog zum Festkörper in zwei Dimensionen mit einem Bravais-Gitter beschrieben werden. In zwei Dimensionen gibt es fünf Bravais-Gitter, die quadratische, die rechteckige, die rechteckig innenzentrierte, die rautenförmige und die hexagonale Struktur, wobei die hexagonalen oder rechteckig innenzentrierte Strukturen als Sonderfälle der rautenförmigen Struktur mit bestimmten Winkeln angesehen werden können.

Eine Einheitszelle spiegelt die Symmetrie des Bravais-Gitter wider, es besitzt dieselben Symmetrieelemente. Auf Grund der Periodizität des Gitters können die Einheitszellen durch einen Translationsvektor ${\displaystyle {\vec {R}}}$ aufeinander abgebildet werden. Die Einheitszellen selbst werden durch linear unabhängige Einheitsvektoren ${\displaystyle {\vec {a}}_{1}}$ und ${\displaystyle {\vec {a}}_{2}}$ aufgespannt. Dabei gilt:

${\displaystyle {\vec {R}}={\vec {a}}_{1}+{\vec {a}}_{2}}$

Man kann das Gitter auch in einen anderen Raum mit anderen Basisvektoren ${\displaystyle {\vec {a}}_{1}^{*}}$ und ${\displaystyle {\vec {a}}_{2}^{*}}$ transformieren. Arbeitet man z. B. mit Beugungsmethoden, misst man die Einheitszelle im reziproken Raum, auch

Die Vektoren der Einheitszelle im Ortsraum können u. U. mittels Rastertunnelmikroskopie ermittelt werden. Die gemittelte Größe der Einheitszelle im reziproken Raum erhält man beispielsweise mit der Beugung langsamer Elektronen (LEED) an der Oberfläche.

Eine spezielle Art der Einheitszelle ist die Wigner-Seitz-Zelle. Ihr entspricht die Brillouin-Zone 1. Ordnung im k-Raum.

Ein Punkt ${\displaystyle P(x,y,z)}$ im Gitter wird durch einen Vektor ${\displaystyle {\vec {P}}(x,y,z)}$ vom Ursprung zum Punkt beschrieben. Eine Gerade wird mit einem Vektor beschrieben, der parallel zur Gittergeraden liegt.

Wenn ein Einkristall bricht, geschieht das häufig entlang der Gitterebene. Dadurch entstehen Oberflächen, die sich je nach 3-dimensionaler Kristallstruktur und Schnittrichtung in ihrer 2-dimensionalen Oberflächenstruktur unterscheiden. Die Schnittebenen können durch die Schnittpunkten ${\displaystyle a_{1},a_{2},a_{3}}$ der Ebene mit den Achsen des Koordinatensystems beschrieben werden. Die gebräuchlichere Schreibweise ist allerdings die Angabe der Miller-Indizes ${\displaystyle h,k,l}$, die das ganzzahlige Vielfache der reziproken Achsenabschnitte sind. z. B. (111), (110), (100)

Überstrukturen sind zusätzliche, größere Strukturen, die sich durch Umordnung oder Adsorption an der Oberfläche bilden. Sie können mit Vektoren ${\displaystyle a_{2}}$ und ${\displaystyle b_{2}}$ als Vielfache der Basis-Vektoren ${\displaystyle a_{1}}$ und ${\displaystyle b_{1}}$, durch die woodsche Nomenklatur oder durch Matrixdarstellung beschrieben werden.

Bevor eine Oberfläche im mikroskopischen Maßstab reproduzierbar analysiert werden kann, muss sie von Verunreinigungen befreit werden. Um sie vor weiterer Kontamination zu schützen, wird sie im Ultrahochvakuum (UHV) (${\displaystyle p<10^{-10}\,\mathrm {hPa} }$) gehandhabt. Dadurch wird die Flächenstoßrate ${\displaystyle n_{i}}$ von auftreffenden Molekülen aus der Gasphase verringert. Diese ist für ein Gasteilchen des Typs ${\displaystyle i}$

${\displaystyle n_{i}\approx 2{,}6\cdot 10^{22}{\frac {1}{\mathrm {mbar} }}{\frac {p}{\sqrt {M_{i}\cdot T}}}}$

Mögliche Ursachen für Oberflächenkontamination sind z. B. die Adsorption von Luftmolekülen oder Staub und die Wanderung von Teilchen aus dem Probeninneren an die Oberfläche.

Werkstücke tragen nach der Bearbeitung (z. B. Schleifen, Drehen) im Allgemeinen Rückstände, wie Öle, Staub, Abrieb oder Schleifmittel. Diese Rückstände wirken sich meistens negativ auf die Bearbeitungsschritte aus und müssen daher entfernt werden. Typische Verfahren sind die Oxidation oder Reduktion der Oberfläche: Überführen der Verunreinigungen in flüchtige Verbindungen. Oxidation kann zur chemischen Umwandlung von Adsorbaten führen, die anschließend leichter desorbiert werden. Beispielsweise kann stark an eine Oberfläche gebundenes CO zu CO₂ oxidiert werden, das auf Grund seiner chemischen Struktur nur noch schwach gebunden ist.

• Sputtern mit Argonionen: Beim Sputtern wird die Probe mit Ionen beschossen, die in einem elektrischen Feld beschleunigt werden. Allerdings bilden sich auf dem Substrat mehr oder weniger große „Krater“, die z. B. durch Heizen der Probe geglättet werden können.
• Tempern (Heizen der Probe): Beim Heizen der Probe auf eine bestimmte Temperatur (ca. 1000 K) kann sich das thermodynamische Gleichgewicht einstellen, dabei wird die Oberfläche minimiert, was einer Absenkung der Oberflächenenergie entspricht. Dabei können sich von der Temperatur abhängige Rekonstruktionen oder Strukturen bilden. Diese können in Domänen unterschiedlicher Orientierung vorliegen. Beim Tempern kann es außerdem zu Desorption von Adsorbaten kommen.

Auf eine Oberfläche können weitere Schichten von Atomen oder Molekülen aufgebracht werden, um die Eigenschaften der Grenzfläche zu modifizieren. Dadurch lassen sich z. B. Halbleiterbauelemente in dreidimensionaler Form in einem integrierten Schaltkreis (IC) unterbringen, weil sie durch die Schichten getrennt werden. Ein in der Grundlagenforschung wichtiges Hilfsmittel ist die Chemisorption von Sondenmolekülen, deren Schwingungseigenschaften z. B. Informationen über die Oberfläche geben. Das Aufbringen der Schichten geschieht i. a. mit Chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Molekularstrahlepitaxie(MBE), Elektrochemie Abscheidung oder Oxidation der Oberfläche mit Sauerstoff.

Oberflächenanalytische Methoden werden in der Industrie und in der Grundlagenforschung eingesetzt.

• Heterogene Katalyse (z. B. Haber-Bosch-Verfahren zur Herstellung von Ammoniak)
• Halbleitertechnologie
• Brennstoffzellenforschung
• Abläufe an Elektroden bei elektrochemischen Reaktionen
• Nanoelektronik, d. h. Herstellung von elektronischen Bauteilen auf Nanometerskala
• Informationsspeicher mit hoher Speicherdichte
• Klebstoffe
• Beständige Beschichtungen von Oberflächen (z. B. Korrosionsschutz)
• Medizintechnische Anwendungen
• Materialforschung, z. B. atomare Zusammensetzung von Oberflächen-Legierungen
• Bestimmte biologische Fragestellungen

Um die Vorgänge an Grenzflächen untersuchen zu können, müssen Methoden verwendet werden, die nur Prozesse in dem Bereich einer Probe „sehen“, der sich in seinen Eigenschaften vom restlichen Festkörper unterscheidet. Dazu werden die Wechselwirkungen von folgenden Wellen/Teilchen mit Materie genutzt:

Strahlung/Teilchen	mittlere freie Weglänge im Festkörper/Gas	Beispiele
Elektronen	klein (Coulomb-Wechselwirkung), abhängig von kinetischer Energie, siehe Universelle Kurve
Photonen	groß (keine Coulomb-Wechselwirkung)	UV-Strahlung, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung
neutrale Teilchen	keine, Umkehrpunkt vor Oberfläche	Helium-Atome, Wasserstoff-Moleküle
Ionen	klein (Coulomb-Wechselwirkung)
magnetische Felder	groß
Wärme	groß

Die mittleren freien Weglängen von geladenen Teilchen sind auf Grund von Coulomb-Wechselwirkungen i. a. viel kleiner als die von neutralen. Ein weiterer starker Einfluss ist die kinetische Energie der Teilchen; in bestimmten Energiebereichen können Prozesse angeregt werden, was die mittlere freie Weglänge verringert. Entscheidend für die Oberflächensensitivität einer Methode ist, dass entweder das mit der Probe wechselwirkende oder das detektierte Teilchen oder Welle eine geringe mittlere freie Weglänge in der Materie besitzt. Deshalb ist auch für viele Methoden ein Ultrahochvakuum nötig. Die gewählte Methode hängt dabei von der Fragestellung ab. Die folgende Übersicht soll nur einen Überblick geben. Für mehrere Methoden existieren auch verschiedene ortsauflösende Techniken. Für weitere Beschreibung siehe deren Artikel. Jede der Methoden hat Vor- und Nachteile, die beim Experiment berücksicht werden müssen.

Scanning Probe Microscopy (SPM)

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Rastertunnelmikroskop (STM)	Elektronische Zustandsdichte (LDOS) und Topographie an der Oberfläche im Ortsraum, Überstrukturen	Elektronen	Tunnelstrom/z-Position der Spitze	Tunneleffekt
Rasterkraftmikroskop (AFM)	Topographie an der Oberfläche im Ortsraum	Schwingende Spitze (Cantilever)	Ablenkung eines Laserstrahls (Frequenz-, Phasen- und Amplitudenänderung)	Kraft zwischen AFM-Cantilever und Oberfläche (Pauli-Repulsion, van-der-Waals-Wechselwirkung)
Nahfeldmikroskopie (SNOM)
Chemisches Kraftmikroskop (CFM)
Magnetkraftmikroskop (MFM)

Elektronenmikroskopie

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM)	Oberflächenstruktur im Ortsraum, Gleitebenen von Kristalliten auf der Oberfläche	Elektronen	Elektronen	Transmission von Elektronen durch eine dünne Probe
Raster-Elektronen-Mikroskopie (SEM)	Oberflächenstruktur im Ortsraum, Gleitebenen von Kristalliten auf der Oberfläche	Elektronen	Elektronen	Abrastern der Probe mit Elektronenstrahl
Raster-Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (STEM)	Oberflächenstruktur im Ortsraum, Gleitebenen von Kristalliten auf der Oberfläche	Elektronen	Elektronen	Kombination aus TEM und SEM
Röntgenmikroanalyse (XRMA)
Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM)	Magnetische Domänenstruktur im Ortsraum	Zirkular polarisierte Röntgenphotonen	Photoelektronen	Photoelektrischer Effekt, vergrößerte Darstellung der emittierten Photoelektronen auf einem Leuchtschirm

Feldinduzierte Mikroskopie

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Feldemissionsmikroskopie (FEM)	Abbildung der Struktur von Spitzen, keine atomare Auflösung	elektrisches Feld ionisiert Spitzenatome	emittierte Elektronen aus der Spitze auf Fluoreszenzschirm	Ionisation, Tunneleffekt
Feldionenmikroskopie (FIM)	Abbildung der Struktur von Spitzen, atomare Auflösung	elektrisches Feld, Bildgas	Bildgas mit Fluoreszenzschirm	Ionisation des Bildgases, Tunneleffekt
Felddesorption/Feldverdampfung	Abbildung der Struktur von Spitzen	elektrisches Feld	Adatome/Spitzenatome	Desorption von Adatomen der Spitze/Verdampfung von Spitzenmaterial
Feldionenmassenspektrometrie	Zusammensetzung von Spitzen	elektrisches Feld, Bildgas	Molare Masse von Spitzenatomen durch Time-of-flight-Massenspektrometer (TOF)	Desorption von Atomen der Spitze, Unterschiedliche Flugzeit bei unterschiedlichen Massen im TOF

Bei der Spektroskopie handelt es sich allgemein um ein Verfahren bei dem ein Spektrum erzeugt wird, d. h., eine Intensität wird gegen eine der Energie äquivalenten Größe aufgetragen, z. B. Frequenz.

Bei der Elektronenspektroskopie ist die Energie von Elektronen, diejenige Größe, die gegen die Intensität aufgetragen wird. Die Photoelektronenspektroskopie beruht auf dem äußeren Photoeffekt, bei dem Photoelektronen durch elektromagnetische Strahlung aus einem Festkörper gelöst werden. In einem vereinfachten Modell verläuft der Prozess der Photoemission in drei Schritten. Zunächst erfolgt die Anregung des Elektrons durch das einfallende Photon, danach der Transport des angeregten Elektrons zur Oberfläche und als dritter Schritt der Austritt des Photoelektrons. Die Austrittsrichtung und die kinetische Energie dieser Elektronen erlaubt Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung und die elektronische Beschaffenheit des untersuchten Festkörpers.

Die Auger-Elektronen-Spektroskopie beruht auf dem Auger-Prozess, der 1925 von Pierre Auger entdeckt wurde. Es handelt sich dabei um die strahlungslose Relaxation angeregter Atome. Die zu untersuchende Oberfläche wird dazu mit Elektronen bestrahlt, die wiederum Elektronen aus einer inneren Schale herausschlagen, das aus einer höher gelegenen Schale ersetzt wird. Die freiwerdende Energie wird nicht in Form von Röntgenphotonen, sondern durch die Emission des Auger-Elektron abgegeben. Dabei wird die kinetische Energie des Auger-Elektrons durch die Energieniveaus der beteiligten Schalen, die an dem Auger Prozess beteiligt sind, bestimmt und nicht durch die Energie der eingestrahlten Elektronen. Damit ist die kinetische Energie spezifisch für das beteiligte Element und erlaubt daher die Bestimmung der atomaren Zusammensetzung von Oberflächen.

Elektronenspektroskopie

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS)	Oxidationszustand und Konzentration von Elementen im Oberflächenbereich	Röntgen-Photonen	Photo-Elektronen	Photoelektrischer Effekt
Ultraviolet-Photoelektronen-Spektroskopie (UPS)	Elektronische Struktur	Photonen im UV-Bereich	Photo-Elektronen	Photoelektrischer Effekt
Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES)	Oxidationszustand und Konzentration von Elementen im Oberflächenbereich	Röntgen-Photonen oder Elektronen	Auger-Elektronen	Auger-Effekt
Metastabilen-Einschlag-Elektronenspektroskopie (MIES)	Elektronische Struktur	Metastabile Heliumatome	Auger-Elektronen	Abregung der metastabilen Atome an der Oberfläche; Auger-Effekt

In der Schwingungsspektroskopie wird die Anregung der Normalschwingungen (Eigenschwingungen) von Molekülen beobachtet. Hierzu werden zählen vor allem die Infrarotspektroskopie und die Ramanspektroskopie, sowie die EELS-Spektroskopie.

Schwingungs-Spektroskopie

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Infrarotspektroskopie (IR)	Spektrum, Schwingungsmoden von Adsorbaten (oft Kohlenmonoxid als Sonde)	Infrarot-Photonen	Infrarot-Photonen	Schwingungsanregung von IR-aktiven Banden
Ramanspektroskopie	Spektrum, Schwingungsmoden von Adsorbaten	VIS- ,NIR-Laser	Rayleigh/Raman-Streuung (VIS, NIR)	Schwingungsanregung von raman-aktiven Banden
Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS)	Spektrum	Elektronen	Elektronen	Anregung von Prozessen im Festkörper: Phononenanregung, Plasmonenanregung, Ionisation

Ionen-Spektroskopie

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Ionen-Streu-Spektroskopie (ISS=LEIS)	Molare Masse der Oberflächenatome auf der äußersten Lage (qualitativ)	niederenergetische Ionen (oft positive Edelgas- oder Alkalimetallionen)	gestreute Ionen mit einem Massenspektrometer	Elastische Streuung von Ionen an der Oberfläche, Energie- und Impulserhaltung
Sekundär-Ionen-Massenspektrometrie (SIMS)	Molare Masse der Atome im Tiefenprofil der Oberfläche (quantitativ)	Ionen (oft positive Edelgas- oder Metallionen)	Cluster und Fragmente der Oberfläche, gestreute Ionen mit einem Massenspektrometer	Sputtern der Oberfläche
Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS)	Zusammensetzung der Oberfläche	hochenergetische Helium-Ionen
Nukleare Reaktions-Analyse (NRA)	Zusammensetzung der Oberfläche	hochenergetische Ionen oder Neutronen	Zerfallsprodukte von Kernreaktionen	Kernreaktionen
Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS)

Röntgen-Absorptions-Spektroskopie (XAS)

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
(Surface) Extended X-Ray absorption Fine Structure ((S)EXAFS=XANES)	Informationen über Nahordnung, Bindungslängen, Koordinationszahl	durchstimmbere Röntgen-Photonen (Synchrotronstrahlung)	Röntgen-Photonen	Interferenz von ursprünglichen Photoelektronen und an Nachbaratomen gestreuten Photoelektronen führen zu anderer Wahrscheinlichkeit für Photoelektrischen Effekt
X-Ray Absorption near edge Structure (XANES=NEXAFS)	Informationen über Nahordnung, Elektronische Struktur, Oxidationszustand	durchstimmbere Röntgen-Photonen (Synchrotronstrahlung)	Röntgen-Photonen	wie EXAFS aber genauere Auflösung der in Absortionskantennähe
Mößbauerspektroskopie	Zusammensetzung, Strukturinformationen, Oxidationszustände, Partikelgröße	Gammastrahlung (meist aus ${\displaystyle {}^{57}\mathrm {Co} }$)	Gammastrahlung	Mössbauereffekt, Dopplereffekt

Weitere Spektroskopiearten

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Raster-Tunnel-Spektroskopie (STS)	Zustandsdichte der Oberflächenregion im Ortsraum	Elektronen, Variation von Ort und Tunnelspannung	Tunnelstrom	Tunneleffekt

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED)	Oberflächenstruktur im reziproken Raum, Überstrukturen, 2D-Fernordnung muss vorhanden sein	niederenergetische Elektronen	gebeugte Elektronen	Beugung
Röntgenbeugung (XRD)	Gitterstruktur der gesamten Festkörpers im reziproken Raum, 3D-Fernordnung muss vorhanden sein	Röntgen-Photonen	gebeugte Röntgenstrahlung	Beugung
MEED	Monolagen-Wachstum in Abhängigkeit von der Zeit, Fernordnung bei voller Monolage muss vorhanden sein	Elektronen	gebeugte Elektronen	Beugung
Reflection high energy electron diffraction (RHEED)	in-situ-Strukturanaylse während Deposition, Fernordnung muss vorhanden sein	Elektronen	Elektronen	Beugung mit kleinem Glanzwinkel

Die Acidität von Oberflächen kann mittels temperaturprogrammierter Desorption von Ammoniak bestimmt werden. Dazu wird die Probe mit Ammoniak gesättigt und anschließend temperaturprogrammiert ausgeheizt. Das desorbierte Ammoniak wird quantitativ erfasst und eine Korrelation zwischen Desorptionstemperatur und der Ammoniakmengen erhalten werden. Dies erlaubt auch die Unterscheidung von Brönsted- und Lewis-Zentren. Physisorbierter Ammoniak desorbiert bereits bei Temperaturen zwischen 150-200 °C. An Lewis-Zentren gebundener Ammoniak desorbiert zwischen 200-400°C, an Brönsted-Zentren gebundenes Ammoniak, Ammonium-Ionen, bei Temperaturen von 400-600°C. Die genaue Zuordnung wird bei porösen Stoffen durch Porendiffusionsvorgänge verzögerte Desorption erschwert.

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
Temperatur-programmierte Desorption (TPD)	Ordnung der Desorptions-Kinetik, Anzahl Teilchen pro Monolage	Wärme	Desorbierte Oberflächen-Teilchen	Desorption bei Temperaturerhöhung

Methode	Erhaltene Informationen	eingesetztes Teilchen/Welle	detektierte Größe/Teilchen/Welle	ausgenutzter Effekt
BET-Messung	Größe von Oberflächen	Stickstoff	Adsorption	Adsorption / Desorption bei Temperaturerhöhung
Chemisorption	aktive Zentren	Wasserstoff, Sauerstoff	Chemisorption, Adsorption	Chemisorption, Desorption

Bestimmte Strahlungsarten können mehrere Prozesse anregen, die für die jeweilige Methode Vor- und Nachteile bringen kann. Beispielsweise können bei Ionisation durch Röntgenstrahlung gleichzeitig Auger-Elektronen und Photoelektronen entstehen, die sich möglicherweise im Spektrum überlagern und so die Auswertung erschweren. Andererseits werden bei der TEM durch die zusätzliche Emission von Auger- und Photoelektronen, rückgestreute Elektronen, emittierte Partikel und EELS zusätzliche Informationen über die Probe in einer Apparatur gewonnen.

Als die „Big Four“ (dt. »die großen Vier«) werden die Messmethoden XPS, AES, SIMS und ISS bezeichnet.

Jahr / Fachgebiet	Person	Nationalität	Begründung für die Preisvergabe
1932 Chemie	Irving Langmuir	Vereinigte Staaten	„für seine Entdeckungen und Forschungen im Bereich der Oberflächenchemie“
1937 Physik	Clinton Davisson und George Paget Thomson	Vereinigte Staaten Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich	„für ihre experimentelle Entdeckung der Beugung von Elektronen durch Kristalle“
1981 Physik	Kai Manne Siegbahn	Schweden Schweden	„für seinen Beitrag zur Entwicklung der hochauflösenden Elektronenspektroskopie“
1986 Physik	Gerd Binnig und Heinrich Rohrer	Deutschland Deutschland Schweiz Schweiz	„für ihre Konstruktion des Rastertunnelmikroskops“
2007 Chemie	Gerhard Ertl	Deutschland Deutschland	„für seine Studien von chemischen Verfahren auf festen Oberflächen“
2007 Physik	Albert Fert und Peter Grünberg	Frankreich Frankreich Deutschland Deutschland	„für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR)“

Bücher

• G. Ertl, J. Küppers: Low Energy Electrons and Surface Chemistry. 2. Auflage. Verlag Chemie, Weinheim 1985, ISBN 3-527-26056-0. 
• Gábor A. Somorjai: Introduction to Surface Chemistry and Catalysis. Wiley, New York 1994, ISBN 0-471-03192-5 (englisch). 

Artikel

• Gerhard Ertl: Reaktionen an Oberflächen: vom Atomaren zum Komplexen (Nobel-Vortrag). In: Angewandte Chemie. Band 120, Nr. 19, 2008, S. 3578–3590, doi:10.1002/ange.200800480. 

Zeitschriften

• Surface Science, Elsevier
• Surface Science Letters, Elsevier
• Surface Science Reports, Elsevier
• Surface Science Spectra, Elsevier
• Applied Surface Science, Elsevier
• Progress in Surface Science, Elsevier
• Applications of Surface Science, Elsevier
• ChemPhysChem 11, Special Issue on Surface Phenomena, 2010

• Linksammlung