Understanding the properties of the rare earth hexaborides - A synergistic approach based on spectroscopy and computational methods
Experimental Condensed Matter Physics
Final Report Abstract
In diesem gemeinsamen Projekt aus experimentellen, theoretischen und computer‐basierten Methoden wurden die (001)‐Spaltflächen von Lanthan Hexaborid (LaB6) und Praseodym Hexaborid (PrB6) untersucht. Dies geschah im experimentellen Teilprojekt (WE1889/10‐1) mit Hilfe von Rastersondenmikroskopie und ‐spektroskopie (STM/STS), niederenergetischer Elektronenbeugung (LEED) und Gamma‐Diffraktometrie. Auf der LaB6 (001)‐Spaltfläche wurde eine kurzreichweitige (2×1) Rekonstruktion gefunden, die erstmalig theoretisch 2018 vorhergesagt worden ist. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde angenommen, dass die Oberfläche (1×1) rekonstruiert ist. Das Auftreten der (2×1) Rekonstruktion konnte ebenfalls erstmalig mit LEED bestätigt werden. Räumlich aufgelöste STS‐Messungen zeigten eine Oberflächenresonanz, die durch Rechnungen als B 2p Oberflächenzustand identifiziert worden ist. Die PrB6 (001)‐Spaltfläche zeigt nicht nur eine größere Vielzahl an Oberflächenrekonstruktionen, sondern auch eine komplexe elektronische Struktur durch die Präsenz von besetzten 4f‐Orbitalen. So wurde neben der kettenartigen (2×1) Rekonstruktion auch zwei uniform terminierte Oberflächen gefunden mit individuellen elektronischen Eigenschaften. Die kettenartige (2×1) Rekonstruktion zeigt eine Resonanz bei etwa ‐1.1eV, die erst im STS adressierbar ist, wenn der Abstand zwischen Probe und Spitze verringert wird. Bei der uniformen Pr Terminierung finden wir ebenfalls eine spektrale Signatur, allerdings bei ‐0.7 eV. Da in diesem Energiebereich Photoemissionsmessungen spektrale Resonanz der 4f Elektronen gefunden haben, schreiben wir die beobachteten Peaks ebenfalls den 4f Elektronen zu. Weiterhin zeigt die Pr Terminierung eine komplexe Abhängigkeit der atomaren Korrugation von der angelegten Probenspannung. Im Gegensatz dazu konnten wir keine Änderung der atomaren Korrugation der kettenartigen (2×1) Rekonstruktion und der uniformen Bor‐Terminierung feststellen. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich die atomare und elektronische Struktur sowohl von der LaB6 als auch von der PrB6 (001)‐Spaltfläche maßgeblich von dem des Festkörpers unterscheiden. Die jeweiligen elektronischen Eigenschaften werden aus dem zugrundeliegenden Wechselspiel aus Oberflächenrekonstruktion, der ungesättigten Bor‐Bindungen und der 4f Elektronen entscheidend beeinflusst.
Publications
- Phys. Rev. B 100, 205407 (2019) „Surface resonance of the (2×1) reconstructed lanthanum hexaboride (001)‐cleavage plane: A combined STM and DFT study“
P. Buchsteiner, F. Sohn, J. G. Horstmann, J. Voigt, M. Ciomaga Hatnean, G. Balakrishnan, C. Ropers, P. E. Blöchl und M. Wenderoth
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.205407) - “Scanning Tunneling Spectroscopy of Rare Earth Hexaborides”, Dissertation, Georg‐August‐Universität Göttingen, 2020
Philipp Buchsteiner
(See online at https://doi.org/10.53846/goediss-8381)
