Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop

• Subject Area: Condensed Matter Physics
• Term: Funded in 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 183034473

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Rastertunnelmikroskopie und –spektroskopie verbindet auf einzigartige Weise ein örtliches Auflösungsvermögen von atomaren Strukturen und deren elektronische Charaktersierung. Tiefe Temperaturen sorgen für die notwendige Stabilität zur Untersuchung einzelner Atome/Moleküle auf Oberflächen und für eine hohe Energieauflösung. Das hier geförderte Rastertunnelmikroskop besitzt eine Basistemperatur von 1.2 K. Damit konnten wir in supraleitenden Tunnelkontakten eine Auflösung von ~ 100 µeV erzielen. 2 Jahre nach Inbetriebnahme wurde dieses Mikroskop mit einem Magnetfeld (3 T Feldstärke senkrecht zur Probe) nachgerüstet. Der Fokus der Experimente mit diesem Gerät liegt auf der Charakterisierung magnetischer Zustände von einzelnen Atome/Molekülen und artifiziellen Nanostrukturen durch den Kondoeffekt und inelastische Spinanregungen. Im Verlauf des Projektes traten auch immer mehr supraleitende Substrate in den Vordergrund. Magnetische Adsorbate erzeugen auf ihnen ein Störpotenzial, welches zu sogenannten Yu-Shiba-Rusinov-Zuständen innerhalb der supraleitenden Energielücke und zur Kondoabschirmung außerhalb führt. Mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie konnte ein fundamentales Verständnis des Wechselspiels dieser Vielteilcheneffekte erzielt werden. Außerdem ließen sich Ladungstransportmechanismen durch Shiba-Zustände identifizieren und Zeitskalen von Anregungen auf Supraleitern abschätzen. Die Kopplung magnetischer Zustände auf Supraleitern wird als vielversprechendes System für topologische Zustände diskutiert.

Publications

• Protection of excited spin states by a superconducting energy gap. Nature Physics 9, 765 (2013)
  B. W. Heinrich, L. Braun, J. I. Pascual, K. J. Franke
  
• End states and subgap structure in proximity-coupled chains of magnetic adatoms. Physical Review Letters 115, 197204 (2015)
  M. Ruby, F. Pientka, Y. Peng, F. von Oppen, B. W. Heinrich, K. J. Franke
  
• Experimental demonstration of a two-band superconducting state for lead using scanning tunneling spectroscopy. Physical Review Letters 114, 157001 (2015)
  M. Ruby, B. W. Heinrich, J. I. Pascual, K. J. Franke
  
• Magnetic anisotropy in Shiba bound states across a quantum phase transition. Nature Communications 6, 8988 (2015)
  N. Hatter, B. W. Heinrich, M. Ruby, J. I. Pascual, K. J. Franke
  
• Tuning the magnetic anisotropy of single molecules. NanoLetters 15, 4024 (2015)
  B. W. Heinrich, L. Braun, J. I. Pascual, K. J. Franke
  
• Tunneling processes into localized subgap states in superconductors. Physical Review Letters 115, 087001 (2015)
  M. Ruby, F. Pientka, Y. Peng, F. von Oppen, B. W. Heinrich, K. J. Franke