Increasing the dimensionality of the Luttinger-electron-system Au/Ge(001) by molecular bridges, studied by scanning tunneling spectroscopy
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war eine gezielte Änderung der Dimensionalität eines Systems, das eine Luttingerflüssigkeit beheimatet. Hierzu wurde versucht, goldinduzierte Nanodrähte auf Germanium Au/Ge(001) über molekulare Brücken leitfähig miteinander zu verbinden. Durch kontinuierliche Zunahme der Brückendichte sollte ein stetiger Übergang von 1D zu 2D bewirkt und die Reaktion des Elektronensystems darauf beobachtet werden. Als Moleküle wurden Biphenyldithiol (BPDT) und 3,5bis[4-(thiophen-2-yl)phenyl]pyridin kurz TPPy ausgewählt. Beide Moleküle stellen ein konjugiertes π-Elektronensystem für die Elektronenleitung zur Verfügung und besitzen Ankergruppen, die für eine geeignete Anbindung an die Nanodrähte gedacht waren. Das erste Molekül besitzt zwei goldaffine Thiolgruppen, letzteres eine zentrale germaniumaffine Pyridin-Gruppe und an den Enden zwei goldaffine Thiophen-Gruppen. Trotz der geeigneten Ankergruppen und passender Länge haben sich die Moleküle nicht als Brücke zwischen Nanodrähte sondern vorzugsweise längs der Nanodrähte angelagert. Die Luttingerflüssigkeit wurde mit Rastertunnelspektroskopie (STS) bei T = 5 K untersucht. Während auf dem Au/Ge(001)-System ohne Moleküle ein Potenzgesetz in der Zustandsdichte an der Fermienergie mit Exponenten α = 0,53 beobachtet wird, zeigen sich modifizierte Exponenten in Drähten, die BPDT-Moleküle tragen. Die Moleküle wirken als starke Streuer ähnlich wie Drahtenden und führen zu zwei unterschiedlichen Exponenten, wie sie für Luttingerflüssigkeiten in halbunendlichen Drähten nahe dem Drahtende erwartet werden. Spektren zeigen einen Übergang zwischen den Exponenten α1 = 0,37 und α2 = 0,94 bei Energien von ca. 10 bis 40 meV, die als „Knick“ im Spektrum erkennbar sind. Diese Exponenten sind kompatibel mit einem gemeinsamen charge-stiffness-parameter von Kρ = 0,21, wenn berücksichtigt wird, dass es sich um ein Zwei-Band System handelt. Auf den unbedeckten Nanodrähten beobachtet man dagegen Kρ = 0,16 in der Nähe von tatsächlichen Drahtenden. Bisher konnte nicht studiert werden, ob es prinzipiell möglich ist, das eindimensionale korrelierte Elektronensystem durch ein Molekül hindurch fortzusetzen, sodass seine kollektiven Anregungen nach der Spin-Ladungstrennung das Molekül überwinden können. Die Dominanz von Streuung in unseren Experimenten lässt Zweifel aufkommen, ob der Ansatz zielführend ist, Moleküle als leitende Brücken für die Variation der Dimensionalität zu verwenden.
