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Das Übergangsmetalloxid Li0.9Mo6O17, die s.g. „violette Bronze“ zeigt Eigenschaften eines eindimensionalen korrelierten Elektronengases, das von uns mit Tieftemperatur-Rastertunnelspektroskopie untersucht wird. Die violette Bonze hat im Volumen quasi-eindimensionale Eigenschaften aufgrund ihrer Kristallstruktur und in der Literatur wurde vermutet, dass die Elektronen eine Luttinger-Flüssigkeit ausbilden könnten. Diese besondere elektronische Eigenschaft wurde in den 60ger Jahren theoretisch vorhergesagt, konnte aber bis heute nur an einer Handvoll Materialien experimentell nachgewiesen werden. Mit unseren Messungen konnten wir in Kooperation mit Rongying Jin und Ward Plummer (Luisiana State University), J. He und  David Mandrus (Oak Ridge National Laboratory) und M.A. Cazalilla (Donostia International Physics Center) das für eine Luttinger-Flüssigkeit zu erwartende Potenzgesetz in der Zustandsdichte bestätigen und eine Zero-Bias-Anomalie, verursacht durch Unordnung, ausschließen.

Hager, J; Matzdorf, R; He, J; Jin, R; Mandrus, D; Cazalilla, MA; Plummer, EW, Non-fermi-liquid behavior in quasi-one-dimensional Li0.9Mo6O17, Phys. Rev. Lett. 95, 186402, 2005

Diese beiden Ruthenate sind von großem Interesse, da Ersteres unkonventionelle Supraleitung mit p-Wellen Symmetrie zeigt und das Andere einen magnetisch getriebenen Quanten-kritischen Endpunkt bei ca. 8 Tesla besitzt. Das besondere Interesse an dieser Materialklasse lässt sich daran erkennen, dass seit ihrer Entdeckung 1994 bereits ca. 1400 Paper dazu veröffentlicht wurden. Die Ruthenate zeigen in dI/dV Spektren eine Zero-Bias Anomalie (ZBA), deren Herkunft bisher nicht geklärt ist. Es gab bisher nur wenige Hinweise in der Literatur auf diese Beobachtung und keine genauere Untersuchung des Verhaltens der Anomalie an der Fermieenergie. In einer Kooperation mit Jiandi Jhang (Luisiana State University) und Zhiqiang Mao (Tulane University) wurden Zero Bias Anomalien in Sr2RuO4, Sr3Ru2O7 und Sr4Ru3O10 nachgewiesen und im Detail untersucht. Prinzipiell entstehen ZBAs durch eine Verminderung der Fähigkeit des Elektronengases das injizierte Tunnelelektron abzuschirmen. Ursache hierfür kann einerseits reduzierte Dimensionalität sein, wie sie zum Beispiel bei der Luttingerflüssigkeit beobachtet wird. Andererseits kann Unordnung zu einer ZBA führen. Da es sich bei dem untersuchten Material um eine quasi-zweidimensionale Substanz handelt, haben wir verschiedene Theorien zu Unordnung in zweidimensionalen Systemen zur Beschreibung der ZBA herangezogen, aber bisher keine überzeugende Übereinstimmung mit einer Theorie gefunden. Aktuell werden Messungen zur Temperaturabhängigkeit der ZBA durchgeführt, um dadurch die Ursache der ZBA zu klären.

Ismail; Zhang, JD; Matzdorf, R; Kimura, T; Tokura, Y; Plummer, EW, Surface lattice dynamics of layered transition metal oxides: Sr2RuO4 and La0.5Sr1.5MnO4, PHYSICAL REVIEW B, 67, 035407, 2003

R. Matzdorf, Ismail, T. Kimura, Y. Tokura and E. W. Plummer, Surface structure analysis of the layered perovskite Sr2RuO4 by LEED I(V), Phys. Rev. B 65 (2002) 085404

R. Matzdorf, Z. Fang, Ismail, J. Zhang, T. Kimura, Y. Tokura, K. Terakura and E. W. Plummer, Ferromagnetism stabilized by lattice distortion at the surface of the p-wave superconductor Sr2RuO4, Science 289 (2000) 746

In diesem System wurde ein unbesetzter Oberflächenzustand identifiziert, der in den Spektren außerordentlich gut zu studieren war. An diesem Zustand konnte aus der Breite des Anstiegs der Zustandsdichte an der unteren Bandkante die Lebensdauer bestimmt werden. Darüber hinaus wurde das Adsorbatsystem so präpariert, dass durch Selbstorganisation quasi-eindimensionale Streifen entstehen, die nur wenige Atome breit sind und bei atomar konstanter Breite über 100nm lang sein können. An diesen Streifen wurde die Lebensdauer des Zustandes als Funktion von der Streifenbreite gemessen. Ein vergleichbarer Zustand wurde auch im Adsorbatsystem Ag(110)p(n´1)O (n=2,3,..,7) gesucht, aber mit STS nicht gefunden.

Corriol, C; Hager, J; Matzdorf, R; Arnau, A, Surface electronic structure of O(2 x 1)/Cu(110): Role of the surface state at the zone boundary  -point in STS, Surface Science, 600, 4310, 2006

Hager, J; Matzdorf, R, Surface state lifetime in quasi-one-dimensional oxygen stripes on Cu(110), Surface Science, 600, 2581, 2006

Das Adsorbatsystem mit der Struktur Cu(100)-c(2x2)N bildet durch Selbstorganisation kleine Quadrate mit einer Größe von typisch (5x5)nm². In den adsorbat-bedeckten Quadraten wurde ein unbesetztes Elektronenband spektroskopiert und die stehenden Elektronenwellen mittels dI/dV-maps abgebildet (siehe Abbildung). An diesem Adsorbatsystem wurden auch LEED-IV Messungen durchgeführt, um die genaue Struktur zu bestimmen. Mit den gewonnenen Strukturdaten wurde in einer Kollaboration mit Herrn Dr. Jürgen Braun und Herrn Dr. A. Postnikov Bandstrukturrechnungen und Photoemissionsrechnungen im Rahmen des One-Step-Models durchgeführt.

Michalke, T; Matzdorf, R; Braun, J; Postnikov, A, The two-dimensional electronic structure of the adsorbate system N/Cu(100): Photoelectron spectroscopy and one-step model calculations. Phys. Rev. B 77, 165425, 2008

In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. J. Burgdörfer und F. Libisch vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien habe ich ein Projekt begonnen, bei dem ultrakurze Quantenphänomene anhand eines klassischen Analogons mit Schallwellen untersucht werden. Bei der Propagation von Attosekundenpulsen durch einen Resonator kommt es zur Wechselwirkung unterschiedlicher Zustände des Resonators, wodurch u.a. Peaks in der Transmission mit Fano-Profil beobachtet werden. In diesem Projekt wird die Propagation der Pulse von der Wiener Gruppe theoretisch modelliert und von uns mit Schallpulsen in einem akustischen Resonator simuliert. Die nur mit extrem hohem experimentellem Aufwand zugängliche Attosekunden Zeitskala, kann durch diese Experimente auf die leicht zugängliche Millisekunden Zeitskala transformiert werden. Auf diese Weise können die theoretischen Methoden an vergleichsweise leicht durchzuführenden Experimenten getestet werden, um sie später für die Beschreibung von Phänomenen auf der Attosekunden-Zeitskala einzusetzen.