Erhöhung der Dimensionalität des Luttinger-Elektronensystems Au/Ge(001) durch molekulare Brücken, untersucht mit Rastertunnelspektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. René Eugen Matzdorf
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235799445

Exotische Zustände von korrelierten Elektronensystemen sind in der aktuellen Forschung an Festkörpern von großem Interesse. In einer Vielzahl von Materialien führt die Lokalisierung von Elektronen auf bestimmten Gitterplätzen zu starken Korrelationen in allen Dimensionen. Im Gegensatz dazu sind die Korrelationen in vielen anderen Materialien, wie beispielsweise den Edelmetallen, schwach, da sich die Elektronen im dreidimensionalen Metall frei bewegen können. Eine Reduktion der Dimension führt in diesen Materialien zu einer Verstärkung der Korrelation. In manchen quasi-eindimensionalen Systemen bildet sich dabei eine Tomonaga-Luttinger-Flüssigkeit (TLL) aus.Das von uns in Kollaboration mit Prof. R. Claessen, PD J. Schäfer u.a. der Universität Würzburg untersuchte System von Goldketten auf Ge(001) ist ein solches System, das in einem schwach korrelierten Material (Au) aufgrund der Dimensionalität ein stark korreliertes eindimensionales Elektronensystem ausbildet. Dieses System bietet erstmals die Möglichkeit auf atomarem Maßstab eine TLL zu manipulieren, da die Goldketten mit den Methoden der Oberflächenphysik zugänglich sind. Au/Ge(001) bietet daher momentan die Chance ein breites Feld von Forschungsfragen anzugehen, die bisher experimentell nicht zugänglich waren. In dem hier beantragten Projekt soll die Dimensionalität kontinuierlich erhöht werden, indem einzelne leitfähige Brücken zwischen den Goldketten eingebaut werden. Als Brücken sollen speziell ausgewählte und ggf. sogar speziell designte organische Moleküle zum Einsatz kommen. Durch die Wahl von organischen Molekülen mit geeigneten Ankergruppen für den Kontakt zum Gold, einer passenden Länge für den 1,6 nm Abstand der Ketten und einem passenden Elektronensystem für den Transport der Elektronen an der Fermieenergie versprechen wir uns die Möglichkeit zum kontrollierten Einfluss auf die Dimensionalität des Elektronensystems. Ziel des Projektes ist es, den Übergang von einer 1D-TLL zu einer 2D-Fermiflüssigkeit zu studieren, indem lokale leitfähige Brücken unterschiedlicher Dichte und mit unterschiedlichen Eigenschaften zwischen atomaren Goldketten platziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen