Correlation effects in self-organized atomic nanostructures on semiconductor surfaces

半导体表面自组织原子纳米结构的相关效应

基本信息

项目摘要

This project extends the productive investigations of the first period devoted to one- and two dimensional correlated electron systems, which are formed by self-organized epitaxial growth of metal atoms in the submonolayer regime on semiconductors surfaces. This approach exploits the tunability of the electronic properties over a wide range by variation of the atomic constituents and by doping. The role of the electron interactions is addressed experimentally by a combination of angle-resolved photoemission and scanning tunneling spectroscopy, aiming at high resolution of the spectral properties down to low temperatures. Our recent discovery of Tomonaga-Luttinger liquid behavior in atomic Au-induced chains on Ge(001) has opened a novel experimental pathway to study a wealth of quantum phenomena. The electronic spectra, characterized by a power-law behavior, will be probed locally to map the significant modifications expected in the vicinity of boundaries at chain ends or by intentional scattering centers. The effect of doping on the electron correlations can be witnessed directly, and bridging atoms between chains will serve to induce a “dimensional crossover”. The rich variety of 2D electron systems with heavy adatoms (Sn, Pb, Au) in a triangular surface lattice on Si(111) and Ge(111) is used to realize Mott-Hubbard insulators intertwined with frustrated antiferromagnetic order. Different correlation regimes can be realized by changing the chemical composition or the coverage, thereby touching the fascinating competition with superconductivity in some of the systems. The signatures of electron correlation are recorded via the k-resolved spectral function, and will be related to advanced many-body calculations that include magnetic interactions. Moreover, strong spin-orbit interactions originating from the large atoms can lead to helical undulating spin textures, to be addressed by spin-resolved photoemission, which bear close resemblance to phenomena in topological insulators.
该项目扩展了一个专门针对一维相关的电子系统的第一阶段的生产性投资,这些投资是由在半导体表面上亚单层方案中金属原子的自组织外延生长形成的。这种方法通过原子构成和掺杂的变化来探索广泛范围内电子性质的可线性。通过角度分辨光发射和扫描隧道光谱的组合,通过实验来解决电子相互作用的作用,旨在高温到低温。我们最近发现,在GE(001)上,在原子Au诱导的链中发现了tomonaga-luttinger液体行为,已经开辟了一种新的实验途径来研究大量的量子现象。以幂律行为为特征的电子光谱将在本地进行探测,以绘制链端边界附近或有意散射中心预期的显着修改。可以直接见证掺杂对电子相关的影响,链之间的桥接原子将诱导“维跨界”。在SI(111)和GE(111)上的三角形表面晶格中,具有重型适配器(SN,PB,AU)的丰富种类繁多,用于实现Mott-Hubbard的绝缘子,与沮丧的抗Fiferromagnetic阶层交织在一起。可以通过更改化学成分或覆盖范围来实现不同的相关状态,从而在某些系统中触及与超导性的引人入胜的竞争。电子相关的签名通过K分辨光谱函数记录,并将与包括磁相互作用的高级多体计算有关。此外,源自大原子的强旋转相互作用可能导致螺旋起伏的自旋纹理,可以通过自旋分辨的光发射来解决,这与拓扑绝缘体中的现象非常相似。

项目成果

期刊论文数量(10)
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专利数量(0)
Electronic band structure of the two-dimensional metallic electron system Au/Ge(111)
  • DOI:
    10.1103/physrevb.83.235435
  • 发表时间:
    2011-06-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Hoepfner, P.;Schaefer, J.;Claessen, R.
  • 通讯作者:
    Claessen, R.
Magnetic order in a frustrated two-dimensional atom lattice at a semiconductor surface
  • DOI:
    10.1038/ncomms2617
  • 发表时间:
    2013-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Gang Li;P. Höpfner;J. Schäfer;C. Blumenstein;S. Meyer;A. Bostwick;E. Rotenberg;R. Claessen;W. Hanke
  • 通讯作者:
    Gang Li;P. Höpfner;J. Schäfer;C. Blumenstein;S. Meyer;A. Bostwick;E. Rotenberg;R. Claessen;W. Hanke
Atomically controlled quantum chains hosting a Tomonaga-Luttinger liquid
  • DOI:
    10.1038/nphys2051
  • 发表时间:
    2011-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19.6
  • 作者:
    Blumenstein, C.;Schaefer, J.;Claessen, R.
  • 通讯作者:
    Claessen, R.
Valence band and core-level photoemission of Au/Ge(001): Band mapping and bonding sites
Au/Ge(001) 的价带和核心级光电发射:能带映射和键合位点
  • DOI:
    10.1103/physrevb.90.125409
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    S. Meyer;L. Dudy;J. Schäfer;C. Blumenstein;P. Höpfner;T. E. Umbach;A. Dollinger;X. Y. Cui;L. Patthey;R. Claessen
  • 通讯作者:
    R. Claessen
Structural components of the Pt/ Si(111)-(√3 X √3) surface from scanning tunneling microscopy
扫描隧道显微镜观察到的 Pt/ Si(111)-(â3 X â3) 表面的结构成分
  • DOI:
    10.1103/physrevb.82.075431
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    P. Höpfner;M. Wisniewski;F. Sandrock;J. Schäfer;R. Claessen
  • 通讯作者:
    R. Claessen
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