Coulomb - Korrelationen im eindimensionalen Elektronensystem unter Berücksichtigung unordnungsinduzierter Lokalisierung

• Applicants: Professor Dr. Michael Rohlfing; Privatdozent Dr. Martin Wenderoth
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics ; Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 110489502

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Die π-gebundenen Pandey-Ketten der Si(111)-(2x1) Oberfläche stellen aufgrund der stark anisotropen Oberflächen-Bandstruktur ein sich selbst organisierendes (quasi-)eindimensionales System variabler Länge dar. Es zeigt anisotrope Kontraste an Punktdefekten und erlaubt die Beobachtung der Elektron-Elektron-Wechselwirkung in Form einer Coulomb-Lücke. Von großer Bedeutung ist hier das Wechselspiel der langreichweitigen Wechselwirkung und der lokalen Unordnung auf atomarer Skala. Im Rahmen dieses Projektes konnten wir bestätigen, dass auf der Si(111)-2x1 Oberfläche beide in der Literatur diskutierten Oberflächenrekonstruktionen (negativ und positiv gebuckelt) existieren. Mittels Rastertunnelspektroskopie konnte die energetische Position beider Rekonstruktionen relativ zur Volumenbandstruktur bestimmt werden. Die experimentellen Werte stimmen mit Bandstrukturrechnungen sehr gut überein. Die Bindungsenergie von Phosphordotieratomen in der Oberfläche wurde abgeschätzt. Im Vergleich zur Bindungsenergie des Volumen-Phosphoratoms ist sie signifikant höher. Dies kann als Störstelle in einem quasi-1D Potential verstanden werden. Ab-initio-Rechnungen bestätigen die starke Lokalisierung des Störstellenniveaus. Für die im STM/STS-Messungen beobachteten langreichweitigen Kontraste wurden als alternative Erklärung gebundene Zustände entwickelt. Für große Terrassen (Stufenabstand > 1µm) haben wir eine spektrale Signatur für das Phosphoratom wie es bereits vorher für Metallatome auf Metalloberflächen beobachtet wurde gefunden. Für kleinere Terrassen beobachtet man eine deutliche Erhöhung der Bindungsenergie. Letzteres interpretieren wir als Wechselspiel zwischen der auf diesen Flächen beobachteten Coulomb-Lücke und der Ausbildung von gebundenen Zuständen. Große, nicht durch Stufen unterbrochene Flächen erlauben darüber hinaus, auch Volumenstörstellen an der Oberfläche zu beobachten. Hier findet man eine elektronische Signatur, die ebenfalls als gebundener Zustand interpretiert werden kann.

Publications

• Phys. Rev. B 86,085303 (2012), “Spectroscopy of positively and negatively buckled domains on Si(111)-2x1”
  K. Löser, M. Wenderoth, T.K.A. Spaeth, J.K. Garleff, R.G.Ulbrich, M. Pötter, M. Rohlfing
  
• New J. Phys. 15,055009 (2013), „Electronic disorder of P- and B-doped Si at the metal-insulator transition investigated by scanning tunnelling microscopy and electronic transport”
  Christoph Sürgers, M. Wenderoth, K. Löser, J.K. Garleff, R.G. Ulbrich, M. Lukas und H. von Löhneysen
  
• “Buckling Type, Domain Boundaries and Donor Atoms: Atomic Scale Characterization of the Si(111)-2x1 Surface”, Dissertation, Georg-August-Universität Göttingen, 2013
  K. Löser