Wechselwirkungseffekte in metallischen Nanodrähten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts konnte das zur Beschreibung metallischer Nanodrähte verwendete nanoskalige Modell freier Elektronen geeignet erweitert werden, so dass die materialspezifische Oberflächenspannung diverser Metalle korrekt reproduziert werden kann. Somit wurde ein detaillierter Vergleich mit Experimenten an Alkalimetal-, Edelmetal und Aluminiumnanodrähten ermöglicht, wodurch entscheidende Fortschritte im Bereich der Interpretation der experimentellen Leitwerthistogramme erzielt werden konnten. Eine zweite Voraussetzung für diesen Vergleich zwischen unseren theoretischen Vorhersagen und den experimentellen Daten war die erfolgreiche Ausweitung der quantenmechanischen Stabilitätsanalyse auf Geometrien mit allgemeiner, nicht-axialsymmetrischer Geometrie. Das Vorhersagepotential des NFEM wurde dabei durch die Vorhersage der Existenz einiger superdeformierter Quadrupoldrähte, deren Signaturen auf experimenteller Seite kurze Zeit später in Leitwerthistogrammen von Aluminiumnanodrähten nachgewiesen werden konnten, eindrucksvoll unter Beweis gestellt. Für Nanodrähte zylindrischer Symmetrie wurde die durch 2fcp-Oberflächenphononen hervorgerufene Peierls-Instabilität im Detail betrachtet. Insbesondere wurde hierbei der Ladungsdichtewellenübergang in metallischen Nanodrähten, welcher durch die Peierls-Instabilität im höchsten besetzten Leitungskanal getrieben wird, untersucht. Ausgehend von den dabei gewonnenen Erkenntnissen konnte eine Skalierungstheorie der Peierls-Instabilität in der Nähe des quanten-kritischen Punktes aufgestellt werden, welche ein tieferes Verständnis der Temperatur- und Drahtlängenabhängigkeit dieser Instabilität erlaubt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- D. F. Urban, C. A. Stafford, and H. Grabert. Scaling theory of the Peierls charge density wave in metal nanowires, Phys. Rev. B 75, 205428 (2007). A. I. Mares, D. F. Urban, J. Bürki, H. Grabert, C. A. Stafford, and
- D. F. Urban, J. Bürki, A. I. Yanson, I. K. Yanson, C. A. Stafford, J. M. van Ruitenbeek, and H. Grabert. Electronic shell effects and the stability of alkali nanowires, Solid State Comm. 131, 609 (2004).
- D. F. Urban, J. Bürki, C. A. Stafford, and H, Grabert. Stability and symmetry breaking in metal nanowires: The nanoscale free-electron model, Phys. Rev, B 74, 245414 (2006).
- D. F. Urban, J. Bürki, C. H. Zhang, C. A. Stafford, and H. Grabert. Jahn- Teller Distortions and the Supersheil Effect in Metal Nanowires, Phys. Rev. Lett. 93, 186403 (2004).
- D. F. Urban. Stability) Symmetry Breaking, and Scaling Properties of Metallic Nanowires, Dissertation an der Fakultät für Mathematik und Physik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, (2006).
- J. M. van Ruitenbeek. Electronic and atomic shell structure in aluminum nanowires, Nanotechnology 18, 265403 (2007).
