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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Physik  → Experimentalphysik II - Oberflächenphysik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2144

Titel: Physik der Elektronen in Nanostrukturen und niedrigdimensionalen Systemen - Studie zweier Beispiele
Autor(en): Hager, Jürgen
Schlagworte (SWD): Rastertunnelmikroskopie
Klassifikation (DDC): 530 - Physik (Physics)
Issue Date: 9-Mar-2005
Zusammenfassung: Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.As examples for the manifold phenomena in the physics of electrons in low-dimensional systems this work investigates the Cu(110)(2x1)O adsorbate system and the purple bronze Li0.9Mo6O17. The first one forms self-organized nanostructures on a copper surface. The second one (the Li-bronze) shows quasi-one-dimensional electronic properties due to its crystal structure. The size of the stripe-like CuO-domains on the Cu(110)(2x1)O surface can be controlled over the oxygen deposition onto the surface during preparation process. Therefore it is possible to study the crossover from two dimensions to one dimension. The influence of dimensionality on an unoccupied electronic surface state has been studied. Its energy position (lower band edge) shifts to higher energies when the size of the CuO-stripes is decreased. This is a known effect in quantum mechanics and quite well understood. In addition the lifetime of the surface state was studied on the full oxygen covered surface, and its changing with decreasing CuO-domain size. These measurements show that the lifetime reduces dramatically with decreasing CuO-stripe width. This can be interpreted within a Fabry-Perot-like model, which takes the transmission of electrons to the outside of the stripe into account. Besides the just mentioned characteristics of the surface state its local density of states (the spatial distribution) within the CuO-stripes was resolved. The Li0.9Mo6O17-bronze was studied in terms of the behaviour of the electronic density of states near the Fermi-level. This question is particulary of interest because of the quasi-one-dimensionality of the material. Measurements of scanning-tunneling-spectroscopy (STS) spectra close to the Fermi-level show that electrons in the Li0.9Mo6O17-bronze eventually form a so called Luttinger liquid. This quantum liquid is expected for one-dimensional electronic systems in contrast to the Fermi liquid concept in higher dimensions. Until recently Luttinger liquid behaviour was experimentally proven only for very few systems, allthough the theoretical predictions lie three decades in the past. One hallmark of a Luttinger liquid is the decrease of the density of states at the Fermi-level, which has a power-law energy dependence. This behaviour was observed in STS spectra of this work. The STS spectra are quantitativley decribed by Luttinger liquid theory. In a temperature range from 5K to 55K the decrease of the density of states at the Fermi-level is in consistence with a Luttinger liquid picture. Quite generally the investigations of this work show that dimensionality, and particulary its reduction, can have an important impact on the electronic properties of systems and materials.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2144
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