@phdthesis{Bauernfeind2023,
  author    = {Bauernfeind, Maximilian Josef Xaver},
  title     = {Epitaxy and Spectroscopy of Two-Dimensional Adatom Systems: the Elemental Topological Insulator Indenene on SiC},
  doi       = {10.25972/OPUS-31166},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-311662},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Two-dimensional (2D) topological insulators are a new class of materials with properties that are promising for potential future applications in quantum computers. For example, stanene represents a possible candidate for a topological insulator made of Sn atoms arranged in a hexagonal lattice. However, it has a relatively fragile low-energy spectrum and sensitive topology. Therefore, to experimentally realize stanene in the topologically non-trivial phase, a suitable substrate that accommodates stanene without compromising these topological properties must be found. A heterostructure consisting of a SiC substrate with a buffer layer of adsorbed group-III elements constitutes a possible solution for this problem. In this work, 2D adatom systems of Al and In were grown epitaxially on SiC(0001) and then investigated structurally and spectroscopically by scanning tunneling microscopy (STM) and photoelectron spectroscopy. Al films in the high coverage regime \( (\Theta_{ML}\approx2\) ML\( ) \) exhibit unusually large, triangular- and rectangular-shaped surface unit cells. Here, the low-energy electron diffraction (LEED) pattern is brought into accordance with the surface topography derived from STM. Another Al reconstruction, the quasi-one-dimensional (1D) Al phase, exhibits a striped surface corrugation, which could be the result of the strain imprinted by the overlayer-substrate lattice mismatch. It is suggested that Al atoms in different surface areas can occupy hexagonal close-packed and face-centered cubic lattice sites, respectively, which in turn lead to close-packed transition regions forming the stripe-like corrugations. On the basis of the well-known herringbone reconstruction from Au(111), a first structural model is proposed, which fits well to the structural data from STM. Ultimately, however, thermal treatments of the sample could not generate lower coverage phases, i.e. in particular, a buffer layer structure. Strong metallic signatures are found for In high coverage films \( (\Theta_{ML}\approx3\) to \(2\) ML\() \) by scanning tunneling spectroscopy (STS) and angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES), which form a \( (7\times7) \), \( (6\times4\sqrt{3}) \), and \( (4\sqrt{3}\times4\sqrt{3}) \) surface reconstruction. In all these In phases electrons follow the nearly-free electron model. Similar to the Al films, thermal treatments could not obtain the buffer layer system. Surprisingly, in the course of this investigation a triangular In lattice featuring a \( (1\times1) \) periodicity is observed to host massive Dirac-like bands at \( K/K^{\prime} \) in ARPES. Based on this strong electronic similarity with graphene at the Brillouin zone boundary, this new structure is referred to as \textit{indenene}. An extensive theoretical analysis uncovers the emergence of an electronic honeycomb network based on triangularly arranged In \textit{p} orbitals. Due to strong atomic spin-orbit coupling and a comparably small substrate-induced in-plane inversion symmetry breaking this material system is rendered topologically non-trivial. In indenene, the topology is intimately linked to a bulk observable, i.e., the energy-dependent charge accumulation sequence within the surface unit cell, which is experimentally exploited in STS to confirm the non-trivial topological character. The band gap at \( K/K^{\prime} \), a signature of massive Dirac fermions, is estimated by ARPES to approximately 125 meV. Further investigations by X-ray standing wave, STM, and LEED confirm the structural properties of indenene. Thus, this thesis presents the growth and characterization of the novel quantum spin Hall insulator material indenene.},
  subject      = {Dreiecksgitter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stadler2009,
  author    = {Stadler, Christoph},
  title     = {Strukturuntersuchungen organischer Monolagen auf Ag(111)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35930},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden zwei komplement{\"a}re Beugungsverfahren verwendet, um die geometrische Struktur von organischen Adsorbaten (NTCDA und verschiedenen Metall-Pcs) auf Ag(111) zu untersuchen: um die lateralen Strukturparameter zu messen wurde hochaufl{\"o}sende Beugung niederenergetischer Elektronen (SPALEED) verwendet. Die vertikalen Abst{\"a}nde der einzelnen atomaren Spezies von der Silberoberfl{\"a}che wurden mit der Methode der Absorption in stehenden R{\"o}ntgenwellenfeldern (XSW) bestimmt. Aus den Arbeiten von Kilian et al. [43, 42] ist bekannt, daß die relaxierte und komprimierte Monolage NTCDA/Ag(111) einen Ordnungs-Unordnungs-Phasen{\"u}bergang beim Abk{\"u}hlen besitzt. Dazu sollten zu Beginn dieser Arbeit stabile Parameter mithilfe von K{\"u}hlversuchen unter Beobachtung im LEED gefunden werden, um diesen Phasen{\"u}bergang zu reproduzieren. Dies ist nicht gelungen. Es wurden aber die vertikalen Abst{\"a}nde der Kohlenstoff- und Sauerstoffatome der relaxierten Monolage zum Substrat mithilfe von XSW bestimmt. Diese best{\"a}tigen die Messungen von Stanzel et al. [88, 87], die aufgrund des geringen Abstandes auf Chemisorption schließen lassen. Dar{\"u}berhinaus wurde die Methode von Stanzel et al. verfeinert, das Photoelektronensignal (O1s) und das Auger-Signal (OKLL) koh{\"a}rent zu interpretieren. Dabei wurden sowohl die nichtdipolaren Parameter der Photoemission (O1s) als auch der Anteil der durch Sekund{\"a}relektronen induzierten Augerzerf{\"a}lle (OKLL) ber{\"u}cksichtigt und iterativ angepasst. Im Fall von NTCDA ist es m{\"o}glich, anhand der Peakstruktur der O1s-Photoelektronen die Anhydridsauerstoffe von den Carbonylsauerstoffen zu trennen. Diese wurden bei XSW als getrennte Detektionskan{\"a}le verwendet und zeigen f{\"u}r die relaxierte Monolagenstruktur von NTCDA/Ag(111) - {\"a}hnlich wie schon von Hauschild et al. f{\"u}r PTCDA/Ag(111) [29, 30] gemessen - daß die Carbonylsauerstoffe in den Ecken des NTCDA-Molek{\"u}ls um ca. 0:10 n{\"a}her am Substrat liegen als die Anhydridsauerstoffe in der Br{\"u}ckenposition. Solch detaillierten Messungen sind notwendig, um f{\"u}r die Vielzahl von verschiedenen theoretischen ab-initio Methoden und N{\"a}herungsrechnungen ein Maß f{\"u}r deren Genauigkeit bereitzustellen. Bei den relativ großen Einheitszellenund der deshalb hohen Anzahl von Elektronen im organischen Molek{\"u}l und den darunterliegenden Silberatomen haben diese Methoden noch Schwierigkeiten in endlicher Zeit akkurate Ergebnisse zu liefern. Der Hauptteil der Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der geometrischen Struktur von Metall-Phthalocyaninen auf Ag(111). Das Phasendiagramm der Submonolagenstrukturen von SnPc/Ag(111) besteht im wesentlichen aus drei Bereichen in Abh{\"a}ngigkeit der Bedeckung und der Temepratur: Bei Raumtemperatur liegt bei niedrigen Bedeckungen unterhalb von ca. 0.9ML eine gasf{\"o}rmige Phase vor. Zwischen 0.9ML und 1 ML treten inkommensurable Strukturen auf, deren geometrische Parameter mit der Bedeckung variieren. Bei beiden Phasen nimmt der intermolekulare Abstand kontinuierlich mit der Bedeckung ab. Zumindest bei den inkommensurablen Phasen ist das ein klarer Beweis f{\"u}r eine Repulsion zwischen den Molek{\"u}len. Bei tiefen Temperaturen (<45°C) gibt es in einem mittleren Bedeckungsbereich (0.5ML - 0.92ML) eine kommensurable {\"U}berstruktur mit zwei Molek{\"u}len pro Einheitszelle. Es ist sogar m{\"o}glich, von der inkommensurablen Phase (0.9ML...0.92ML) durch Temperaturabsenkung zu dieser etwas dichter gepackten kommensurablen Phase zu gelangen - die Repulsion l{\"a}sst sich also nur mit Hilfe einer Temperatur{\"a}nderung in eine Attraktion zwischen den Molek{\"u}len umschalten. Aufgrund der Abst{\"a}nde der verschiedenen Spezies zum Silbersubstrat konnte die Orientierung der Molek{\"u}le zum Substrat in den verschiedenen Phasen gemessen werden. Sie deuten auf eine chemisorptive Anbindung der Molek{\"u}le. Interessanterweise liegen die Molek{\"u}le in der Monolage alle mit dem Sn-Atom zum Substrat, w{\"a}hrend das Sn-Atom in der kommensurablen Tieftemperaturphase alternierend zum Substrat hinund wegzeigt. Diese Messungen erlauben eine Begr{\"u}ndung der Attraktion und Repulsion zwischen den Molek{\"u}len auf Basis eines Donations-R{\"u}ckdonationsmodells der Bindung der Molek{\"u}le an das Substrat. Sie werden mit den Ergebnissen von CuPc/Ag(111) von Ingo Kr{\"o}ger verglichen [46]. Schließlich werden noch erste Messungen an TiOPc vorgestellt. Die Datenlage bei TiOPc ist noch weniger dicht, es zeigt aber ein {\"a}hnliches Verhalten. Der augenf{\"a}lligste Unterschied zu SnPc ist wohl die stabile Bi-Lage im Fall des TiOPc/Ag(111), die sich nicht durch Tempern vollst{\"a}ndig abl{\"o}sen l{\"a}sst - im Gegensatz zu SnPc/Ag(111). Diese ersten geometrischen Messungen stimulierten neben weiteren SPALEED und XSW Messungen [46, 85] eine Reihe weiterer Untersuchungen in der Gruppe wie UPS, Austrittsarbeits{\"a}nderungen und detaillierte XPS-Messungen an den Rumpfelektronen, die das Donations-R{\"u}ckdonationsmodell und die Orientierung der Molek{\"u}le best{\"a}tigen [108, 71].},
  subject      = {LEED},
  language  = {de}
}