dc.contributor.author
Wegner, Daniel
dc.date.accessioned
2018-06-07T14:35:56Z
dc.date.available
2004-11-17T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/117
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-4321
dc.description
Titelblatt und Inhaltsverzeichnis i
Kurzfassung iii
Abstract v
Abkürzungen ix
1 Einleitung 1
2 Grundlagen 5
2.1 Elektronische Struktur der Lanthanidmetalle 5
2.2 Lebensdauer angeregter Zustände 10
2.3 Quantentopf-Zustände in ultradünnen Metallfilmen 18
2.4 Rastertunnelspektroskopie von Oberflächenzuständen 22
2.5 Der Kondo-Effekt 29
3 Experimentelle Methoden 33
3.1 Aufbau 33
3.2 Probenpräparation 35
3.3 Rastertunnelspektroskopie 39
4 Quantentopf-Zustände in dünnen Yb(111)-Filmen 43
4.1 Morphologie dünner Yb(111)-Filme 43
4.2 STS-Ergebnisse 45
4.3 Auswertung und Diskussion 48
4.4 Einfluß der Topographie auf die Tunnelspektren 51
4.5 Fazit 53
5 Austauschaufspaltungen der (0001)-Oberflächenzustände 55
5.1 Abhängigkeit von der 4f-Besetzung 55
5.2 Temperatur-Abhängigkeit 58
5.3 finite-size-Effekt 65
5.4 Fazit 69
6 Lebensdauern der Oberflächenzustände 71
6.1 Linienbreiten bei tiefer Temperatur: e-e\- und e-m-Streuung 71
6.2 Defektstreuung an Adsorbaten 83
6.3 Temperaturabhängigkeit bei Gd: e-ph-Streuung 88
6.4 Fazit 92
7 Vielteilcheneffekte an der Fermikante 95
7.1 Der Kondo-Effekt auf der Lu(0001)-Oberfläche 95
7.2 Vielteilchen-Zustand auf den Lanthanidmetall-Oberflächen? 103
7.3 Fazit 105
8 Zusammenfassung und Ausblick 107
Literaturverzeichnis 111
Publikationen 125
Danksagung 127
dc.description.abstract
In dieser Arbeit berichte ich von der Untersuchung von
Lanthanidmetalloberflächen mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und
-spektroskopie (STS) bei Temperaturen zwischen 10 und 100 Kelvin. STS vereint
die Vorteile, mit hoher Energie- und Ortsauflösung sowohl die besetzte als
auch die unbesetzte elektronische Zustandsdichte abtasten zu können.
Dadurch konnte erstmalig die Ausbildung von Quantentopfzuständen (quantum-well
states) in ultradünnen Yb(111)/W(110)-Filmen gezeigt werden. Die Daten
erlauben die Bestimmung der Dispersion des Volumenbandes in der
Gamma-L-Richtung und die Auswertung der Elektronendynamik in diesem Band.
An den dreiwertigen Lanthanidmetallen wurde die Austauschaufspaltung der
(0001)- Oberflächenzustände in Abhängigkeit des 4f-Spinmoments, der Temperatur
und der Schichtdicke untersucht. Zum erstenmal konnte eine leichte Abweichung
von der linearen 4f-Spinabhängigkeit nachgewiesen werden, welche mit der
Lanthanidenkontraktion erklärt werden kann. Die Temperatur- und
Schichtdickenabhängigkeiten zeigen, daß die Oberflächenzustände aufgrund ihrer
relativ starken Lokalisierung nicht nur auf die langreichweitige magnetische
Ordnung empfindlich sind, sondern stark durch Nahordnungsphänomene beeinflußt
werden.
Die Auswertung der Lebensdauer-Verbreiterungen der Oberflächenzustände erlaubt
Aussagen über die einzelnen Streumechanismen (Elektron-Elektron-, Elektron-
Phonon- und Elektron-Magnon-Streuung), welche die Elektronendynamik
beeinflussen. Der Einfluß der Elektron-Magnon-Streuung auf die Lebensdauer der
unbesetzten spinpolarisierten Zustände scheint dabei von großer Bedeutung zu
sein. Aus temperaturabhängigen Messungen läßt sich die Stärke der Elektron-
Phonon-Kopplung bestimmen. Der Einfluß der Defektstreuung wurde an einzelnen
Adsorbaten gezielt untersucht. Dabei wurde zusätzlich auf der
Dy(0001)-Oberfläche ein adsorbatinduzierter Zustand gefunden, welcher ein
"Schalt"-Verhalten zu zeigen scheint.
Die Rastertunnelspektren an den dreiwertigen Lanthanidmetallen zeigen
unerwartete Strukturen unmittelbar an der Fermikante. Diese sind vermutlich
auf Vielteilcheneffekte an der (0001)-Oberfläche aufgrund der Wechselwirkung
des lokalisierten Oberflächenzustands mit den Leitungselektronen
zurückzuführen.
An einzelnen, in der Lu(0001)-Oberflächenlage eingebetteten magnetischen
Atomen (Gd und Ho) wurde ein neuartiges spektroskopisches Signal gefunden,
welches als Kondo-Resonanz interpretiert wird. Der Kondo-Effekt ist in diesen
Systemen zunächst unerwartet. Die Resultate deuten darauf hin, daß er nur an
der Oberfläche auftritt. Die laterale Ausdehnung der Resonanz läßt sich mit
der Größe der Kondo-Abschirmwolke erklären.
de
dc.description.abstract
In this thesis I report on the investigation of lanthanide-metal surfaces by
scanning tunnelling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) at temperatures
between 10 and 100 Kelvin. STS combines the advantages to probe the occupied
as well as the unoccupied electronic density of states with high energy and
lateral resolution.
For the first time, we found quantum-well states in ultrathin films of
Yb(111)/W(110). We determined the bulk-band dispersion in Gamma-L direction
and analyzed the electron dynamics within this band.
For the trivalent lanthanide metals, we investigated the exchange splitting of
the (0001) surface states as a function of 4f-spin moment, temperature, and
film thickness. The observed small deviation from the previously reported
linear 4f-spin dependence is explained by the lanthanide contraction. The
temperature and thickness dependencies show that the surface states - due to
their relatively high degree of localization - are not solely sensitive to
long-range magnetic order, but are also strongly influenced by the short-range
magnetic order.
Thorough analysis of the lifetime broadening of the surface states provides
information about different scattering mechanisms that determine the electron
dynamics: electron-electron, electron-phonon, and electron-magnon scattering.
The relatively short lifetimes for the spin-polarized unoccupied surface
states is most likely due to strong electron-magnon scattering. The electron-
phonon coupling can be derived from temperature-dependent measurements. The
influence of defect scattering was studied specifically at single adsorbates.
Thereby, an adsorbate-induced state was found at the surface of Dy(0001) which
seems to exhibit some kind of "switching" behavior.
Scanning tunneling spectra from the trivalent lanthanide metals exhibit
unexpected features directly at the Fermi energy. These features are
presumably caused by manybody effects due to the interaction of the localized
surface states with conduction electrons.
In the vicinity of single magnetic defect atoms (Ho and Gd) that are embedded
within the surface layer of Lu(0001), we found a novel spectroscopic signal.
We interpret this feature as the signature of a Kondo resonance. The Kondo
effect is unexpected in these systems. The results indicate that it only
appears at the surface. The lateral extent of the resonance can be explained
by the size of the Kondo screening cloud.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
scanning tunneling spectroscopy
dc.subject
lanthanide metals
dc.subject
electron dynamics
dc.subject
exchange splitting
dc.subject
quantum-well states
dc.subject
lifetime broadening
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Rastertunnelspektroskopie an Lanthanidmetalloberflächen
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. h.c. Günter Kaindl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Karl Heinz Rieder
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ulrich Köhler
dc.date.accepted
2004-11-02
dc.date.embargoEnd
2004-11-22
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2004002822
dc.title.subtitle
korrelierte elektronische Struktur und Dynamik angeregter Zustände
dc.title.translated
Scanning Tunneling Spectroscopy on Lanthanide-Metal Surfaces
en
dc.title.translatedsubtitle
correlated electronic structure and dynamics of excited states
en
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000001528
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2004/282/
refubium.mycore.derivateId
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open access