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.
该项目扩展了第一阶段的生产调查,致力于一维和二维相关电子系统,这是由自组织外延生长的金属原子在半导体表面上的亚单层制度。这种方法通过改变原子成分和掺杂,在很宽的范围内利用了电子性质的可调性。的电子相互作用的作用是解决实验的角度分辨光电发射和扫描隧道光谱的组合,目的是在低温度下的光谱特性的高分辨率。我们最近在Ge(001)上发现了金原子诱导链中的Tomonaga-Luttinger液体行为,为研究大量量子现象开辟了一条新的实验途径。的电子光谱,其特征在于一个幂律行为,将被探测到本地映射在链端或故意散射中心的边界附近的预期显着的修改。掺杂对电子关联的影响可以直接观察到,链间的桥连原子将导致“维度交叉”。在Si(111)和Ge(111)上的三角形表面晶格中具有重吸附原子(Sn、Pb、Au)的丰富多样的二维电子系统被用于实现与受抑反铁磁序交织的Mott-Hubbard绝缘体。通过改变化学成分或覆盖率,可以实现不同的关联机制,从而触及某些系统中与超导性的迷人竞争。电子相关的签名记录通过k分辨光谱函数,并将涉及到先进的多体计算,包括磁相互作用。此外,源于大原子的强自旋轨道相互作用可以导致螺旋起伏的自旋纹理,通过自旋分辨光电发射来解决,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.
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
Structural examination of Au/Ge(001) by surface x-ray diffraction and scanning tunneling microscopy
通过表面 X 射线衍射和扫描隧道显微镜检查 Au/Ge(001) 的结构
  • DOI:
    10.1103/physrevb.85.235439
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    S. Meyer;T. Umbach;C. Blumenstein;J. Schäfer;R. Claessen;S. Sauer;S. J. Leake;P. R. Willmott;M. Fiedler;F. Bechstedt
  • 通讯作者:
    F. Bechstedt
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