dc.contributor.author
Nicholson, Christopher W.
dc.date.accessioned
2018-06-12T07:48:13Z
dc.date.available
2018-06-12T07:48:13Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/22174
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13
dc.description.abstract
This thesis explores the electronic structure and ultrafast dynamics of quasi-
one dimensional (1D) materials by means of high resolution angle-resolved
photoemission spectroscopy (ARPES) and femtosecond time-resolved ARPES
(trARPES) respectively. Confining electrons to quasi-1D environments induces a
range of broken symmetry ground states and emergent properties that result
from the increased inter-particle couplings and reduced phase space that such
a confinement enforces. Investigating the energy relaxation and transfer
between electrons and other degrees of freedom enables fundamental insights
into the microscopic mechanisms behind these novel behaviours; for example by
reference to characteristic time scales. Furthermore, since quasi-1D objects
always interact with a higher dimensional environment, it is also of
fundamental interest to investigate the influence that these interactions have
on such phases, and whether they play a role in stabilising them. In this
work, a number of model quasi-1D systems have been analysed to explore the
coupling of 1D objects to a 3D environment, as well as the ultrafast dynamics
of photoexcited broken symmetry phases. The bulk 1D compound NbSe3 is found to
show behaviour consistent with a dimensional crossover from 1D to 3D as a
function of decreasing energy and temperature, resulting from the coupling
between individual 1D chains. Intriguingly, residual 1D behaviour is found to
persist even in the 3D regime. Additionally, charge density wave gaps in the
electronic structure are observed at low temperatures. The candidate 1D system
Ag/Si(557) is investigated to reveal its electronic dimensionality. While the
doped Fermi surface reveals predominantly two-dimensional behaviour, the
influence of the stepped Si substrate anisotropically induces replica states.
The atomic nanowire system In/Si(111) is well known to undergo concomitant
structural and metal-to-insulator transitions. By resolving the dynamics of
multiple individual electronic states following photoexcitation, a detailed
picture of the electronic structure evolution is obtained. An impressive
agreement between theory and experiment is obtained, allowing important
microscopic insights into this system. Finally the spin density wave phase
transition in thin films of Cr is driven by photoexcitation, highlighting the
role of electron-electron scattering as the mechanism behind this phase. The
applicability of an equilibrium-like order parameter is found to be
appropriate in this ultrafast transition.
de
dc.description.abstract
Die vorliegende Arbeit untersucht die elektronische Struktur und die
ultraschnelle Dynamik von quasi-eindimensionalen (1D) Materialien mittels
hochauflösender winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie (ARPES) und
mittels femtosekunden-zeitaufgelöster ARPES (trARPES). Die Einschränkungen,
denen Elektronen in quasi-1D-Umgebungen unterliegen, induzieren eine Reihe von
Grundzuständen mit gebrochener Symmetrie und emergenten Eigenschaften, die
sich aus den erhöhten Wechselwirkungen und dem reduzierten Phasenraum ergeben,
den eine solche Beschränkung erzwingt. Die Untersuchung der Energierelaxation
und des Energietransfers zwischen Elektronen und anderen Freiheitsgraden
ermöglicht fundamentale Einblicke in die mikroskopischen Mechanismen hinter
diesen neuartigen Verhaltensweisen, beispielsweise mit Bezug auf
charakteristische Zeitskalen. Da quasi-1D-Objekte immer mit einer
höherdimensionalen Umgebung in Wechselwirkung stehen, ist es auch von
grundlegender Bedeutung, den Einuss zu untersuchen, den diese Wechselwirkungen
auf diese Phasen haben, und ob sie eine Rolle bei deren Stabilisierung
spielen. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von quasi-1D Modellsystemen
analysiert, um die Kopplung von 1D-Objekten an eine 3D-Umgebung sowie die
ultraschnelle Dynamik photoangeregter Phasen mit gebrochener Symmetrie zu
erforschen. Das 1D-Volumenmaterial NbSe3 zeigt bei Abnahme von Energie und
Temperatur ein Verhalten, das mit einem Dimensionsübergang von 1D zu 3D
konsistent ist und welches sich aus der Kopplung zwischen einzelnen 1D-Ketten
ergibt. Faszinierenderweise bleibt ein Rest-1D-Verhalten auch im 3D-Regime
bestehen. Darüber hinaus werden bei niedrigen Temperaturen
Ladungsdichtewellen-Energielcken in der elektronischen Struktur beobachtet.
Das potentielle 1D-System Ag/Si(557) wird untersucht, um seine elektronische
Dimensionalität zu bestimmen. Während die dotierte Fermi-Oberfläche vorwiegend
zweidimensionales Verhalten zeigt, induziert der Einuss des gestuften Si-
Substrats anisotrope Replikatzustände. Das atomare Nanodraht-System In/Si(111)
ist für seinen simultanen strukturellen und Metall-zu-Isolator-Übergang
bekannt. Durch die zeitliche Auflösung der Dynamik mehrerer einzelner
elektronischer Zustände nach der Photoanregung erhält man ein detailliertes
Bild der Entwicklung der elektronischen Struktur. Es wird eine eindrucksvolle
Üereinstimmung zwischen Theorie und Experiment erzielt, welche wichtige
mikroskopische Einblicke in dieses System ermöglicht. Schließlich wird der
Spindichtewellen-Phasenübergang in dünnen Cr-Filmen durch Photoanregung
getrieben, wobei die Rolle der Elektronen-Elektronen-Streuung als Mechanismus
hinter dieser Phase hervorgehoben wird. Interessanterweise ist eine akkurate
Beschreibung dieses ultraschnellen Phasenübergangs mittels eines
gleichgewichts-ähnlichen Ordnungsparameters möglich.
de
dc.format.extent
xii, 183 Seiten
de_DE
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
de_DE
dc.subject
Condensed matter
dc.subject
one dimensional materials
dc.subject
electronic structure
dc.subject
ultrafast dynamics
dc.subject
phase transitions
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Electronic Structure and Dynamics of Quasi-One Dimensional Materials
de_DE
dc.type
Dissertation
de_DE
dc.contributor.gender
male
de_DE
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Martin Wolf
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Martin Weinelt
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Thierry Giamarchi
dc.date.accepted
2018-03-26
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-refubium-22174-8
dc.title.translated
Elektronische Struktur und Dynamik von quasi-eindimensionalen Materialien
de
refubium.affiliation
Physik
de_DE
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000107093
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access