Elektronische Struktur und Dynamik stark lokalisierter Oberflächenzustände
Final Report Abstract
Im vorliegenden Vorhaben wurden die elektronische Struktur und die Dynamik stark lokalisierter d-artiger Oberflächenzustände an dicht gepackten Oberflächen und dünnen Filmen der Lanthaniden mit Tieftemperatur-Rastertunnelspektroskopie (STS) und -Mikroskopie (STM) studiert. Bei ultra-dünnen Filmen von Yb(lll)/W(110) konnten Quantentrogzustände für einen großen Bereich von Schichtdicken von 1 ML bis zu 23 ML aufgelöst und die Energien und Breiten der einzelnen Zustände als Funktion der Filmdicke bestimmt werden. An einer monoatomaren Stufenkante des W(110)-Substrats wurde der Übergang eines Quantentrogzustands zwischen zwei benachbarten unterschiedlich dicken Schichten untersucht, mit dem Ergebnis, dass dieser Übergang über eine Länge von ca. 60 A erfolgt. Detaillierte Untersuchungen wurden auch an den Oberflächenzuständen der nicht-magnetischen Lanthaniden La(0001) und Lu(0001), jeweils auf W(110), bei 10 K durchgeführt. Mittels der Ergebnisse von Bandstrukturrechnungen für diese beiden Oberflächen konnte die energieabhängige Lebensdauerverbreiterung des Lu(0001)-Oberflächenzustands bestimmt, genau analysiert und mit der Theorie verglichen werden. Bei magnetisch geordneten Lanthaniden mit Austausch-aufgespaltenen Oberflächenzuständen wurden für die unbesetzten Minoritäts-Komponenten systematisch größere Lebensdauerbreiten beobachtet als für die besetzten Majoritäts-Komponenten. Dies wird auf höhere Streuraten bei den unbesetzten Zuständen zurückgeführt, insbesondere auch auf einen Beitrag durch Elektron-Magnon-Streuung. Auf der Dy(0001)-Oberfläche wurde anhand von Defekten aufgrund adsorbierter Atome die laterale Ausdehnung der Wirkung dieser Defektatome auf die Oberflächenzustände studiert und festgestellt, dass diese Effekte nur über Distanzen von maximal 15 A beobachtbar sind. Schließlich konnte durch direkten Vergleich der analogen Systeme Sm(0001) und 1-ML Eu/Gd(0001) gezeigt werden, dass die äußerste monoatomare Oberflächenschicht von Sm(0001) nicht-magnetisch ist, auch wenn das dreiwertige Sm-Substrat AFM ordnet. Während beim Sm(0001) nur ein einziger Peak im STS Spektrum des Oberflächenzustands beobachtet wird, ist der Oberflächenzustand im Falle von Eu/Gd(0001) Austausch-aufgespalten, mit einer Aufspaltung, die stark mit der Temperatur abnimmt, wie erwartet. Insgesamt stellen die im vorliegenden Vorhaben erzielten Ergebnisse einen wichtigen Schritt hin zu einem verbesserten Verständnis der elektronischen und magnetischen Eigenschaften ultradünner Filme der Metalle der Lanthaniden dar.
Publications
- Electronic structure and dynamics of quantum-well states in thin Yb-metal films, 13th International Conference on Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy and Related Techniques (STM'05), Sapporo (Japan), Juli 2005
Daniel Wegner, Andreas Bauer, Günter Kaindl
- Electronic structure and dynamics of quantum-well states in thin Yb-metal films, European Conference on Surface Science (ECOSS) 23, Berlin, Sept. 2005
Daniel Wegner, Andreas Bauer, Günter Kaindl
- Lifetime widths and exchange splittings of surface states on magnetic lanthanide metals, European Conference on Surface Science (ECOSS) 23, Berlin, Sept. 2005
Daniel Wegner, Andreas Bauer, Günter Kaindl
- Surface-Induced Kondo Effect for Gd and Ho Atoms Embedded in Lu(0001), 13th International Conference on Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy and Related Techniques (STM'05), Sapporo (Japan), Juli 2005
Andreas Bauer, Daniel Wegner, Günter Kaindl
- Exchange splittings of lanthanide (0001)-surface states and their dependences on short-range magnetic order. Jpn. J. Appl. Phys. 45, 1941-1945 (2006)
D. Wegner, A. Bauer, A. Rehbein, G. Kaindl
- Influence of morphology on quantum-well states of Yb on W(110). Jpn. J. Appl. Phys. 45, 1937-1940 (2006)
D. Wegner, A. Bauer, G. Kaindl
- Magnon Broadening of Exchange-Split Surface State on Lanthanide Metals. Phys. Rev. B 73, 165415 (2006)
D. Wegner, A. Bauer, G. Kaindl
- Scanning tunneling spectroscopy on lanthanide metals, Michäl F. Crommie, University of California at Berkeley (USA), April 2006
Daniel Wegner
- Surface-electronic structures of La(0001) and Lu(0001). Phys. Rev. B 73, 115403 (2006)
D. Wegner, A. Bauer, Yu. M. Koroteev, G. Bihlmayer, E.V. Chulkov, P.M. Echenique, G. Kaindl
- Effect of impurities on Tamm-like lanthanide-metal surface states. Phys. Rev. B 76, 113410 (2007)
D. Wegner, A. Bauer, G. Kaindl
- Heterogeneous mixed valence of a Sm/Gd(0001) monolayer revealed by scanning tunneling spectroscopy, DPG-Frühjahrstagung 2007, Regensburg, März 2007
Daniel Wegner and Günter Kaindl
- Intrinsically nonmagnetic surface on a magnetic bulk: Sm(0001) vs. Eu/Gd(0001), DPG-Frühjahrstagung 2007, Regensburg, März 2007
Daniel Wegner and Günter Kaindl
- Spin-Orbit Induced Valence-Band Splitting in Mg Thin Films Grown on W(110) and Mo(110), DPG-Frühjahrstagung 2007, Regensburg, März 2007
Alexander Gottberg, Alexander Helmke, Victor Soltwisch, Günter Kaindl, Eugen Weschke
