Servicenavigation

Detailseite

Zurück

Projekt Druckansicht

Photoemissionselektronenmikroskop

Fachliche Zuordnung Physik der kondensierten Materie
Förderung Förderung in 2015
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271029030
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Nach erfolgreicher Inbetriebnahme wurde das Photoemissionselektronenmikroskop (PEEM) zur spin- und energieaufgelösten Orts- und Impulsraumabbildung vorwiegend zur Forschung im Bereich der Ober- und Grenzflächenphysik eingesetzt. Diese Forschung profitiert vor allem von der extremen Vielseitigkeit des Gerätes. Es können sowohl Untersuchungen der Morphologie und des Wachstums von Adsorbat-Systemen auf Oberflächen im Ortsraum (PEEM Modus) also auch Abbildungen der spin-abhängigen Bandstruktur im reziproken Raum (Impulsmikroskopie-Modus) durchgeführt werden. Die Bandstrukturuntersuchungen profitierten dabei von der extrem großen Winkelakzeptanz des Detektorsystems, durch welches es möglich wird, die gesamte Elektronenverteilung aller emittierter Elektronen in einer festen Geometrie aufzunehmen. Dadurch kann ein fundamental neuer Einblick in die Bandstruktur von Ober- und Grenzflächensystemen gewonnen werden. In den ersten drei Jahren wurde dieses Großgerät vor allem für die Bandstrukturuntersuchung von Oberflächen und metall-organischen Grenzschichten sowie für die Abbildung der Elektronendynamik in diesen Systemen genutzt. Im Bereich der Oberflächenphysik konnten neue Einblicke in die Eigenschaften der Oberflächenzustände der prototypischen Edelmetalloberflächen gewonnen werden. Dieses Forschungsprojekt profitierte dabei maßgeblich von der großen Winkelakzeptanz dieses Gerätes, welche vor allem für Untersuchungen der unbesetzten Bandstruktur mittels zwei Photonen-Photoemissionsexperimente mit extrem niedrigen Photonenenergien von zentraler Bedeutung ist. Dazu wurde die Methode der zwei-Photonen-Impulsmikroskopie etabliert, durch welche der abbildbare Impulsbereich der unbesetzten Bandstruktur maximiert wurde. Mithilfe dieser Technik konnten bisher unbekannte Bereiche der Banddispersion des unbesetzten Oberflächenzustandes der Au(111) Oberfläche abgebildet werden und eine deutliche Abweichung von der zu erwartenden parabolischen Dispersion nachgewiesen werden. Diese Abweichung konnte mittel Bandstrukturberechnungen erklärt und der Topologie der Volumenbandstruktur von Gold zugeschrieben werden. Dies bedeutet, dass die Eigenschaften der Oberflächenzustände von Edelmetallen ebenfalls an die Topologie der zugehörigen Volumenbandstruktur gekoppelt sind wie es bei topologischen Isolatoren der Fall ist. Folglich besitzen auch Oberflächenzustände von Edelmetalloberflächen einen gewissen Schutz durch die Topologie der Volumenbandstruktur. Des Weiteren wurde dieses Gerät erfolgreich zur Charakterisierung der Bandstruktur dünner Kobaltfilme auf einer Goldoberfläche angewendet. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass diese Co-Filme eine mit einem Co-Volumenkristall vergleichbare Bandstruktur besitzen und sich deshalb als ideale Substrate für die Adsorption von organischen Molekülen eignen. Auf dem Gebiet der Grenzflächenphysik wurde mithilfe dieser Apparatur ein neues Konzept entwickelt, um die spinabhängige Bandstruktur von Oberflächenlegierungen gezielt durch die Abscheidung von organischen Adsorbaten zu modifizierten. Durch den große Winkelakzeptanz sowie die spezielle experimentelle Geometrie dieses Gerätes war es möglich, sowohl die molekularen Grenzflächenzustände als auch die elektronische Bandstruktur der darunter „verborgenden“ Metalloberfläche abzubilden. Durch diesen Ansatz konnte gezeigt werden, dass sich die Bandstruktur der Oberflächenlegierungen durch die Ausbildung von lokalen, σ–artigen Bindungen zwischen funktionalen molekularen Gruppen und den Legierungsatomen gezielt verändern lassen. Dies ist nicht der Fall für die die Ausbildung von delokalisierten π–Bindungen an den metall-organischen Grenzflächen. Unsere Resultate zeigen daher eine klare Strategie auf, um Oberflächeneigenschaften durch gezielte Molekül-Oberflächen-Bindungen zu kontrollieren. Dies ermöglicht es vor allem, den Spin Freiheitsgrad von sogenannten Rashba-Oberflächenlegierungen oder ferromagnetischen Oberflächenlegierungen zu nutzen, um Grenzflächen für spintronische Anwendungen zu optimieren und zu funktionalisieren. Dieses Konzept der gezielten Manipulation von Spin-aufgespaltenen Zuständen durch die Adsorption von organischen Komplexen konnte ebenfalls auf den unbesetzten Teil der Bandstruktur übertragen werden. Dies wiederum legt den Grundstein zur Kontrolle der Ladungs- und Spinträger-Dynamik an metall-organischen Grenzflächen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

Zusatzinformationen

© 2026 DFG Kontakt / Impressum / Datenschutz

Textvergrößerung und Kontrastanpassung