Mechanismen des elektronischen Transports in ultradünnen, epitaktischen und stark anisotropen Metallschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Pfnür
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 46772453

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt hat in zwei zentralen Richtungen wesentliche Erkenntnisse gebracht: Zum einen illustriert das Modellsystem Pb/Si(557) in besonderer Weise das Zustandekommen von eindimensionalen Eigenschaften der elektronischen Oberflächenzustände in einer zweiund dreidimensionalen Umgebung unter der Wirkung von Kopplungen, die für sich genommen keineswegs eindimensional sind. Die symmetriebrechenden Elemente in diesem System sind zum einen eine von Pb selbst in seiner Periodizität geformte Stufenstruktur, zum anderen ein großer, wahrscheinlich ebenfalls mit dieser Stufenstruktur zumindest quantitativ zusammenhängender Rashba-Effekt. Diese Kombination führt zu Fermi-Nesting, Spin- und Ladungsordnung. Daher wird eindimensionale Leitfähigkeit nur in einem engen Bereich der Pb-Konzentration beobachtet. Viel interessanter ist aber die gekoppelte Spin- und Ladungsordnung senkrecht zu den Terrassen. Den Fragen über deren Zustandekommen, ihre Beeinflussbarkeit durch laterale Einengung sowie durch zusätzliche Dotierung, sowie Fragen nach der Übertragbarkeit dieser Erkenntnisse auf andere Systeme wird inzwischen im Rahmen der DFG-Forschergruppe 1700 nachgegangen. Zum zweiten hat dieses Projekt auch den zweidimensionalen Ladungstransport an der Oberfläche von stark spinpolarisierten, ultradünnen Filmen erschlossen. Bi-Filme sind dafür wiederum ein Modellsystem, das, wie schon erwähnt, viele Ähnlichkeiten mit den Oberflächen von topologischen Isolatoren hat. Tatsächlich kann die Bandstruktur von Bi durch Einlegieren von Sb so verändert werden, dass sich nicht-triviale topologische Oberflächenzustände einstellen. An solchen Untersuchungen arbeiten wir derzeit. Diese Ergebnisse sind also auch für diese Materialklasse von Bedeutung - entsprechende Weiterentwicklungen unserer Arbeiten sind bereits im Gange oder angedacht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Anisotropic conductance oscillations in Pb films on Si(557) Phys. Rev. B 82 045401 (2010)
  D. Lükermann, C. Tegenkamp, H. Pfnür
  
• Magneto transport in anisotropic Pb films and monolayers, Phys. Rev. B 81, 125429 (2010)
  D. Lükermann, M. Gauch, M. Czubanowski, H. Pfnür, C. Tegenkamp
  
• Pb nanowires on vicinal Si(111) surfaces: effects of refacetting on transport, Phys. Rev. B 82, 205413 (2010)
  C. Tegenkamp, D. Lükermann, S. Akbari, M. Czubanowski, A. Schuster, H. Pfnür
  
• The resistance of single atomic steps in ultra-thin Pb nanowires on Si(557), Appl. Phys. A 100, 1007 (2010)
  J. P. Rönspies, S. Wießell, H. Pfnür
  
• Sensing surface states of Bi-films by magneto transport Phys. Rev. B83, 245425 (2011)
  D. Lükermann, S. Sologub, H. Pfnür, C. Tegenkamp
  
• Fermi nesting between atomic wires with strong spin-orbit coupling, Phys. Rev. Lett. 109, 266401 (2012)
  C. Tegenkamp, D. Lükermann, H. Pfnür, B. Slomski, G. Landolt, J. H. Dil
  
• Scattering at magnetic and non-magnetic impurities on surfaces with strong spin-orbit coupling, Phys. Rev. B 86 195432 (2012)
  D. Lükermann, S. Sologub, H. Pfnür, C. Klein, M. Horn-von Hoegen, C. Tegenkamp
  
• The dominance of surfaces and interfaces: a view to magnetoconductance and structure in low-dimensional crystalline films, Phys. Stat. Sol. A 209, 627 (2012)
  H. Pfnür, D. Lükermann, C. Tegenkamp
  
• Diffusing magnetic Tb impurities and magnetotransport in strongly spin-polarized Bi films, Phys. Rev. B 88, 115412 (2013)
  S. Sologub, D. Lükermann, H. Pfnür, C. Tegenkamp
  
• Growth of epitaxial Bi-films on vicinal Si(111), Surf. Sci. 621, 82 (2014)
  D. Lükermann, S. Banyoudeh, C. Brand, S. Sologub, H. Pfnür, C. Tegenkamp