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Au-induzierte Nanodrähte auf Ge(001)

Bereits vor etwa 15 Jahren konnten wir in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Claessen und PD Dr. J. Schäfer an selbstorganisierten, eindimensionalen Au-induzierten Nanodrähten auf Ge(001) charakteristische Eigenschaften einer Tomonaga-Luttingerflüssigkeit nachweisen.

Atomically controlled quantum chains hosting a Tomonaga-Luttinger liquid
C. Blumenstein, J. Schäfer, S. Mietke,  S. Meyer, A. Dollinger, M. Lochner, X. Y. Cui, L. Patthey, R. Matzdorf and R. Claessen
NATURE PHYSICS 7, 776, 2011

Dennoch ist das System weit davon entfernt verstanden zu sein und es gibt kontroverse Ansichten hinsichlich der Eindimensionalität der elektronischen Eigenschaften und der möglichen Lage der Luttingerkanäle. Auch die atomare Struktur der Nanodrähte ist noch nicht aufgeklärt. Einen Überblick über den gegenwärtigen Kenntnisstand gibt der Übersichtsartikel

One-dimensional quantum matter: gold-induced nanowires on semiconductor surfaces,
L. Dudy, J. Aulbach, T. Wagner, J. Schäfer and R. Claessen,
J. Phys.: Condens. Matter 29, 433001, 2017.

Hinsichtlich der Struktur der Nanodrähte konnten wir zeigen, dass sie nicht kontinuierlich entlang der Drähte aufgebaut sind, sondern das leichte Unterbrechungen zu einzelnen Abschnitten mit "magischen" Längen und charakteristischen internen Strukturen führen.

Structural analysis and stable length of Au induced nanowires on Ge(001)
J. Tonhäuser, E. Atiawotse, U. Kürpick, R. Matzdorf
SURFACE SCIENCE 720, 122053, 2022

Das System ist weiterhin Gegenstand unserer Forschung.

Kleinster Abschnitt in den Au-induzierten Nanodrähten auf (Ge001), gemessen mit positiver (a) bzw. negativer (b) Tunnelspannung.

Selbstorganisierte Co-Nanostrukturen auf Ge(001)

Aufdampfen von Co auf eine Ge(001) Oberfläche im submonolagen Bereich führt zu selbstorganisierten Nanostukturen. STM Messungen zeigen, dass sich die länglichen Strukturen aus zwei Blöcken (A und B) zusammensetzen, die überwiegend abwechselnd aneinander gereiht sind. Das Erscheinungsbild in STM Topographien hängt von der gewählten Tunnelspannung ab. Die Länge und die Struktur der Ketten kann durch zusätzliches Aufdampfen von geringen Mengen von Au beeinflusst werden. Unterstützt durch Monte Carlo Simulationen können die signifikant längeren Co induzierten Ketten nach dem zusätzlichen Aufdampfen von Gold durch die Reduktion von Spannungen in der Ge Oberfläche erklärt werden.

Examination and modification of Co structures on Ge(001)
Johann Tonhäuser, Nico Kubetschek, Ulrike Kürpick, René Matzdorf
PHYSICAL REVIEW B 106, 115404, 2022

Eine Fortsetzung folgt  in Kürze.

 

STM Topographie einer ABA-Struktur, gemessen bei positiver (oben) bzw. negativer (unten) Tunnelspannung.

Dysprosium induzierte Nanostrukturen auf Ge(001)

Aufbringen von Dysprosium auf Ge(001) führt zu einer Vielzahl unterschiedlicher Nanostrukturen, wie eindimensionalen Drähten unterschiedlicher Breite, Ketten von Fehlstellen in der Germanium Oberfläche und kompakteren Inseln unterschiedlicher Breite und Höhe. STM Topographien der schmalsten Drähte zeigen unterschiedliche Periodizitäten entlang der Drähte für positive und negative Tunnelspannungen. In dI/dV Messungen lässt sich eine kastenförmige Struktur in der Zustandsdichte der Drähte erkennen. Eine mit den Messungen konsistente Erklärung könnte sein, dass die Drähte aus Ge und Dy Atomen bestehen, wobei Dy Atome von Ge Atomen umgeben sind und diese Zellen hintereinander gereiht die schmalsten Drähte bilden

Dysprosium-induced nanowires on Ge(001)
M. Lochner, R. Bienert, U. Kürpick and R. Matzdorf
SURFACE SCIENCE 637, 42, 2015

Auch bei diesem System gibt es noch offene Fragen.