@phdthesis{Friedrich2023,
  author    = {Friedrich, Felix},
  title     = {Magnetic Excitations in Single and Coupled Atoms on Surfaces: From the Kondo Effect to Yu-Shiba-Rusinov States},
  doi       = {10.25972/OPUS-32069},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-320699},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Magnetic systems underlie the physics of quantum mechanics when reaching the limit of few or even single atoms. This behavior limits the minimum size of magnetic bits in data storage devices as spontaneous switching of the magnetization leads to the loss of information. On the other hand, exactly these quantum mechanic properties allow to use such systems in quantum computers. Proposals to realize qubits involve the spin states of single atoms as well as topologically protected Majorana zero modes, that emerge in coupled systems of magnetic atoms in proximity to a superconductor. In order to implement and control the proposed applications, a detailed understanding of atomic spins and their interaction with the environment is required. In this thesis, two different systems of magnetic adatoms coupled to metallic and superconducting surfaces are studied by means of scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy: Co atoms on the clean Cu(111) were among the first systems exhibiting signatures of the Kondo effect in an individual atom. Yet, a recent theoretical work proposed an alternative interpretation of these early experimental results, involving a newly described many-body state. Spin-averaged and -polarized experiments in high magnetic fields presented in this thesis confirm effects beyond the Kondo effect that determine the physics in these Co atoms and suggest a potentially even richer phenomenology than proposed by theory. The second studied system are single and coupled Fe atoms on the superconducting Nb(110) surface. Magnetic impurities on superconducting surfaces locally induce Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states inside the superconducting gap due to their pair breaking potential. Coupled systems of such impurities exhibit YSR bands and, if the bands cross the Fermi level such that the band structure is inverted, host Majorana zero modes. Using the example of Fe atoms on Nb(110), the YSR states' dependence on the adatom-substrate interaction as well as the interatomic YSR state coupling is investigated. In the presence of oxygen on the Nb surface, the adatom-substrate interaction is shown to be heavily modified and the YSR states are found to undergo a quantum phase transition, which can be directly linked to a modified Kondo screening. STM tips functionalized with CO molecules allow to resolve self-assembled one-dimensional chains of Fe atoms on the clean Nb(110) surface to study the YSR states' coupling. Mapping out the states' wave functions reveals their symmetry, which is shown to alter as a function of the states' energy and number of atoms in the chain. These experimental results are reproduced in a simple tight-binding model, demonstrating a straightforward possibility to describe also more complex YSR systems toward engineered, potentially topologically non-trivial states.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Adler2021,
  author    = {Adler, Florian Rudolf},
  title     = {Electronic Correlations in Two-dimensional Triangular Adatom Lattices},
  doi       = {10.25972/OPUS-24175},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-241758},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Two-dimensional triangular lattices of group IV adatoms on semiconductor substrates provide a rich playground for the investigation of Mott-Hubbard physics. The possibility to combine various types of adatoms and substrates makes members of this material class versatile model systems to study the influence of correlation strength, band filling and spin-orbit coupling on the electronic structure - both experimentally and with dedicated many-body calculation techniques. The latter predict exotic ground states such as chiral superconductivity or spin liquid behavior for these frustrated lattices, however, experimental confirmation is still lacking. In this work, three different systems, namely the \(\alpha\)-phases of Sn/SiC(0001), Pb/Si(111), and potassium-doped Sn/Si(111) are investigated with scanning tunneling microscopy and photoemission spectroscopy in this regard. The results are potentially relevant for spintronic applications or quantum computing. For the novel group IV triangular lattice Sn/SiC(0001), a combined experimental and theoretical study reveals that the system features surprisingly strong electronic correlations because they are boosted by the substrate through its partly ionic character and weak screening capabilities. Interestingly, the spectral function, measured for the first time via angle-resolved photoemission, does not show any additional superstructure beyond the intrinsic \(\sqrt{3} \times \sqrt{3} R30^{\circ}\) reconstruction, thereby raising curiosity regarding the ground-state spin pattern. For Pb/Si(111), preceding studies have noted a phase transition of the surface reconstruction from \(\sqrt{3} \times \sqrt{3} R30^{\circ}\) to \(3 \times 3\) at 86 K. In this thesis, investigations of the low-temperature phase with high-resolution scanning tunneling microscopy and spectroscopy unveil the formation of a charge-ordered ground state. It is disentangled from a concomitant structural rearrangement which is found to be 2-up/1-down, in contrast to previous predictions. Applying an extended variational cluster approach, a phase diagram of local and nonlocal Coulomb interactions is mapped out. Based on a comparison of theoretical spectral functions with scattering vectors found via quasiparticle interference, Pb/Si(111) is placed in said phase diagram and electronic correlations are found to be the driving force of the charge-ordered state. In order to realize a doped Mott insulator in a frustrated geometry, potassium was evaporated onto the well-known correlated Sn/Si(111) system. Instead of the expected insulator-to-metal transition, scanning tunneling spectroscopy data indicates that the electronic structure of Sn/Si(111) is only affected locally around potassium atoms while a metallization is suppressed. The potassium atoms were found to be adsorbed on empty \(T_4\) sites of the substrate which eventually leads to the formation of two types of K-Sn alloys with a relative potassium content of 1/3 and 1/2, respectively. Complementary measurements of the spectral function via angle-resolved photoemission reveal that the lower Hubbard band of Sn/Si(111) gradually changes its shape upon potassium deposition. Once the tin and potassium portion on the surface are equal, this evolution is complete and the system can be described as a band insulator without the need to include Coulomb interactions.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Halbig2019,
  author    = {Halbig, Benedikt},
  title     = {Surface Raman Spectroscopy on Ordered Metal Adsorbates on Semiconductor Substrates and Thin Intermetallic Films},
  doi       = {10.25972/OPUS-18138},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-181385},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Surface systems attract great scientific attention due to novel and exotic properties. The atomically structured surfaces lead to a reduced dimensionality which alters electronic correlations, vibrational properties, and their impact on each other. The emerging physical phenomena are not observed for related bulk materials. In this thesis, ordered (sub)monolayers of metal atoms (Au and Sn) on semiconductor substrates (Si(111) and Ge(111)) and ultrathin intermetallic films (CePt5 and LaPt5) on metal substrate (Pt(111)) are investigated by polarized in situ surface Raman spectroscopy. The surface Raman spectra exhibit features of specific elementary excitations like surface phonons and electronic excitations, which are suitable to gain fundamental insights into the surface systems. The Au-induced surface reconstructions (5x2) and (r3xr3) constitute quasi-one- and two-dimensional Au structures on the Si(111) substrate, respectively. The new reconstruction-related Raman peaks are analyzed with respect to their polarization and temperature behavior. The Raman results are combined with firstprinciples calculations to decide between different proposed structural models. The Au-(5x2)/Si(111) reconstruction is best described by the model of Kwon and Kang, while for Au-(r3xr3)/Si(111) the conjugate honeycomb-chained-trimer model is favored. The Sn-induced reconstructions with 1/3 monolayer on Ge(111) and Si(111) are investigated to reveal their extraordinary temperature behavior. Specific surface phonon modes are identified that are predicted within the dynamical fluctuation model. Contrary to Sn/Si(111), the corresponding vibrational mode of Sn/Ge(111) exhibits a nearly harmonic character. The reversible structural phase transition of Sn/Ge(111) from (r3xr3) to (3x3) is observed, while no phase transition is apparent for Sn/Si(111). Moreover, Raman spectra of the closely related systems Sn-(2r3x2r3)/Si(111) and thin films of a-Sn as well as the clean semiconductor surfaces Si(111)-(7x7) and Ge(111)-c(2x8) are evaluated and compared. The CePt5/Pt(111) system hosts 4f electrons whose energy levels are modified by the crystal field and are relevant for a description of the observed Kondo physics. In contrast, isostructural LaPt5/Pt(111) has no 4f electrons. For CePt5/Pt(111), distinct Raman features due to electronic Raman scattering can be unambiguously related to transitions between the crystal-field states which are depth-dependent. This assignment is supported by comparison to LaPt5/Pt(111) and group theoretical considerations. Furthermore, the vibrational properties of CePt5 and LaPt5 reveal interesting similarities but also striking differences like an unusual temperature shift of a vibration mode of CePt5, which is related to the influence of 4f electrons.},
  subject      = {Raman-Spektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Meyer2013,
  author    = {Meyer, Sebastian},
  title     = {Model System for Correlation Phenomena in Reduced Dimensions - Gold-induced Atomic Chains on Germanium},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77723},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Atomic chains, often called nanowires, form in a self-organized process after the adsorption of metal atoms. These wires are spatially well confined representing a close approach of a true one-dimensional structure. The low-dimensional architecture thereby often leads to anisotropic electronic states with vanishing interchain interaction. In the presence of weak coupling to the substrate a one-dimensional metal can experience a phase transition according to Peierls into an insulating ground state upon temperature, which is accompanied by a periodic lattice distortion. Without any coupling a strict onedimensional regime is reached, where the common Fermi liquid description breaks down with the quasi-particles being replaced by collective excitations of spin and charge. This state is referred to as a Tomonaga-Luttinger liquid (TLL), which has been observed so far only in anisotropic bulk materials. An experimental fingerprint for both phenomena can be obtained from the electronic states close to the chemical potential, i.e. the Fermi energy. Using a semiconducting substrate provides the best observation conditions since any bulk projection onto the interesting bands is avoided. In case of Au/Ge(001) the growth of gold-induced chains is guided by the dimerized bare Ge (2×1) reconstruction yielding two different domains of wires rotated by 90° going from one terrace to the next by a single height step. The superior wetting capabilities of gold on germanium enables a complete coverage of the Ge(001) surface with longrange ordered wires. Their length scale and defect density is limited by the underlying substrate, for which a cleaning procedure is introduced based on wet-chemical etching followed by thermal dry oxidation. The band structure of Au/Ge(001) is investigated by angle-resolved photoelectron spectroscopy as a function of temperature. Two states are observed: a two-dimensional metallic state with hole-like dispersion and a one-dimensional electron pocket, whose band-integrated spectral function does not show the typical Fermi distribution at the chemical potential. Instead, a decrease of spectral weight applies following a power-law. This behavior can be well explained within the Tomonaga-Luttinger liquid theory which replaces the Fermi-Landau formalism in strictly one-dimensional systems. To enable theoretical modeling, a structural analysis was performed on the basis of surface x-ray diffraction (SXRD). From the in-plane scattering data a Patterson-map could be extracted leading to in-plane distances between gold atoms in the unit cell. This provides the first step towards a complete structural model and therefore towards a band structure calculation. First successful attempts have been made to manipulate the system by controlled adsorption of potassium. Here, an n-type doping effect is observed for submonolayer coverage whereas slightly increased coverages in combination with thermal energy lead to a new surface reconstruction.},
  subject      = {Nanodraht},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Blumenstein2012,
  author    = {Blumenstein, Christian},
  title     = {One-Dimensional Electron Liquid at a Surface: Gold Nanowires on Ge(001)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72801},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Selbstorganisierte Nanodr{\"a}hte auf Halbleiteroberfl{\"a}chen erm{\"o}glichen die Untersuchung von Elektronen in niedrigen Dimensionen. Interessanterweise werden die elektronischen Eigenschaften des Systems von dessen Dimensionalit{\"a}t bestimmt, und das noch {\"u}ber das Quasiteilchenbild hinaus. Das quasi-eindimensionale (1D) Regime zeichnet sich durch eine schwache laterale Kopplung zwischen den Ketten aus und erm{\"o}glicht die Ausbildung einer Peierls Instabilit{\"a}t. Durch eine Nesting Bedingung in der Fermi Fl{\"a}che kommt es zu einer Bandr{\"u}ckfaltung und damit zu einem isolierenden Grundzustand. Dies wird begleitet von einer neuen {\"U}berstruktur im Realraum, die mit dem Nestingvektor korrespondiert. In fr{\"u}heren Nanodrahtsystemen wurde ein solcher Effekt gezeigt. Dazu geh ̈oren Indium Ketten auf Si(111) und die Gold rekonstruierten Substrate Si(553) und Si(557). Die Theorie sagt jedoch einen weiteren Zustand voraus, der nur im perfekten 1D Grenzfall existiert und der bei geringster Kopplung mit h{\"o}heren Dimensionen zerst{\"o}rt wird. Dieser Zustand wird Tomonaga-Luttinger Fl{\"u}ssigkeit (TLL) genannt und f{\"u}hrt zu einem Zusammenbruch des Quasiteilchenbildes der Fermi-Fl{\"u}ssigkeit. Hier sind nur noch kollektive Anregungen der Elektronen erlaubt, da die starke laterale Einschr{\"a}nkung zu einer erh{\"o}hten Kopplung zwischen den Teilchen f{\"u}hrt. Dadurch treten interessante Effekte wie Spin-Ladungs-Trennung auf, bei dem sich die Ladung und der Spin eines Elektrons entkoppeln und getrennt voneinander durch den Nanodraht bewegen k{\"o}nnen. Bis heute wurde solch ein seltener Zustand noch nicht an einer Oberfl{\"a}che beobachtet. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Herstellung von besser definierten 1D Ketten gew{\"a}hlt. Dazu wird die Au-rekonstruierte Ge(001) Nanodraht-Oberfl{\"a}che untersucht. F{\"u}r die Pr{\"a}paration des Substrates wird ein neues Rezept entwickelt, welches eine langreichweitig geordnete Oberfl{\"a}che erzeugt. Um das Wachstum der Nanodr{\"a}hte zu optimieren wird das Wachstums-Phasendiagramm ausgiebig untersucht. Außerdem werden die strukturellen Bausteine der Ketten sehr genau beschrieben. Es ist bemerkenswert, dass ein struktureller Phasen{\"u}bergang der Ketten oberhalb von Raumtemperatur gefunden wird. Aufgrund von spektroskopischen Untersuchungen kann eine Peierls Instabilit{\"a}t als Ursache ausgeschlossen werden. Es handelt sich um einen 3D-Ising-Typ {\"U}bergang an dem das Substrat ebenfalls beteiligt ist. Die Untersuchungen zur elektronischen Struktur der Ketten zeigen zwei deutliche Erkennungsmerkmale einer TLL: Ein potenzgesetzartiger Verlauf der Zustandsdichte und universales Skalenverhalten. Daher wird zum ersten Mal eine TLL an einer Oberfl{\"a}che nachgewiesen, was nun gezielt lokale Untersuchungen und Manipulationen erm{\"o}glicht. Dazu geh{\"o}ren (i) Dotierung mit Alkalimetallen, (ii) die Untersuchung von Kettenenden und (iii) die einstellbare Kopplung zwischen den Ketten durch zus{\"a}tzliche Goldatome. Damit wird ein wichtiger Beitrag zu theoretischen Vorhersagen und Modellen geliefert und somit das Verst{\"a}ndnis korrelierter Elektronen vorangetrieben.},
  subject      = {Nanodraht},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kroeger2010,
  author    = {Kr{\"o}ger, Ingo},
  title     = {Adsorption von Phthalocyaninen auf Edelmetalloberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-57225},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden methoden{\"u}bergreifend die Adsorbatsysteme CuPc/Ag(111), CuPc/Au(111), CuPc/Cu(111), H2Pc/Ag(111) und TiOPc/Ag(111) untersucht und detailliert charakterisiert. Der Schwerpunkt der Experimente lag in der Bestimmung der lateralen geometrischen Strukturen mit hochaufl{\"o}sender Elektronenbeugung (SPA-LEED) und Rastertunnelmikroskopie (STM), sowie der Adsorptionsh{\"o}hen mit der Methode der stehenden R{\"o}ntgenwellenfeldern (NIXSW). Hochaufl{\"o}sende Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) wurde verwendet, um die vibronische Struktur und den dynamischen Ladungstransfer an der Grenzfl{\"a}che zu charakterisieren. Die elektronische Struktur und der Ladungstransfer in die Molek{\"u}le wurde mit ultraviolett Photoelektronenspektroskopie (UPS) gemessen. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit betreffen den Zusammenhang zwischen Adsorbat-Substrat Wechselwirkung und der Adsorbat-Adsorbat Wechselwirkung von Phthalocyaninen im Submonolagenbereich.},
  subject      = {Oberfl{\"a}che},
  language  = {de}
}
@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}
}
@phdthesis{Groh2006,
  author    = {Groh, Ullrich},
  title     = {Spektromikroskopische Untersuchungen an organischen Nanostrukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21071},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Die Struktur und die elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter sind f{\"u}r die Herstellung organischer Bauelemente von entscheidender Bedeutung. Da diese gerade durch das Wachstum der organischen Molek{\"u}lfilme nachhaltig beeinflusst werden, ist ein Verst{\"a}ndnis der Wachstumsmechanismen zur Herstellung organischer Halbleiterbauelemente unabdingbar. Von besonderem Interesse sind die ultrad{\"u}nnen organischen Filme, die aus nur wenigen Molek{\"u}llagen bestehen. Gerade bei diesen kommt es auf die homogene Dichte der Filme, Dom{\"a}nen, Kristallite sowie deren Grenzen und Orientierungen an. In dieser Arbeit werden das Wachstum und die entstehenden Strukturen zweier organischer Molek{\"u}le untersucht: PTCDA und das eng mit diesem verwandte NTCDA. Als Substrate kommen die (111)-Oberfl{\"a}chen von Silber- und Gold-Einkristallen zum Einsatz. Bei allen vier Modellsystemen bilden die Molek{\"u}le lateral hochgeordnete Filme auf den Oberfl{\"a}chen aus. Die Untersuchungen wurden mit dem Spektromikroskop mit Aberrationskorrektur f{\"u}r viele relevanten Techniken (SMART) an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II durchgef{\"u}hrt. Dieses Ger{\"a}t erlaubt, die unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden der Oberfl{\"a}chenphysik ortsaufgel{\"o}st und in Echtzeit an einer Probe in situ anzuwenden. Es kamen sowohl mikroskopische (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), beugende (LEED), als auch spektroskopische Methoden (NEXAFS, PES) zum Einsatz. F{\"u}r PTCDA ergeben die Experimente, dass es in Abh{\"a}ngigkeit von der Substrattemperatur auf beiden Oberfl{\"a}chen ein Franck-van der Merwe- (Lage-f{\"u}r-Lage-) oder ein Stranski-Krastanov-Wachstum (dreidimensionale Inseln auf einem geschlossenen Film) zeigt. In beiden F{\"a}llen sind die Molek{\"u}le innerhalb der einzelnen Lagen und Inseln parallel zum Substrat orientiert. Das Wachstum wird neben der Substrattemperatur auch nachhaltig von der Morphologie des Substrates beeinflusst, da die Filme auf ebenen Terrassen schneller wachsen als auf Stufenkanten oder -b{\"u}ndeln. Die Beweglichkeit der Molek{\"u}le erkl{\"a}rt den Einfluss beider Wachstumsfaktoren. Die hohe laterale Ordnung der Filme spiegelt sich auch in sehr großen Dom{\"a}nen wider. Auf Ag(111) ist die PTCDA-Monolage chemisorptiv, auf Au(111), so wie die Multilagen beider Systeme, physisorptiv gebunden. Beim NTCDA konnte das Wachstum der relaxierten Monolage auf der Ag(111)-Oberfl{\"a}che sowie der Phasen{\"u}bergang zur komprimierten Monolage direkt beobachtet werden. Innerhalb beider Strukturen sind die Molek{\"u}le parallel zur Substratoberfl{\"a}che orientiert. Die anschließend aufwachsende Bilage ist bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur metastabil und nur unter andauerndem Molek{\"u}lfluss beobachtbar. F{\"u}r die Bilage wird ein mittlerer Verkippungswinkel der Molek{\"u}le gegen{\"u}ber der Substratoberfl{\"a}che von etwa 45° gefunden. Die anschließend aufwachsenden dreidimensionalen Inseln zeigen unterschiedliche Orientierungen und bestehen jeweils aus einer einzigen Dom{\"a}ne. Die Ausbildung so großer Dom{\"a}nen im Mikrometerbereich wird dadurch erkl{\"a}rt, dass die Molek{\"u}le oberhalb der Monolage in einer volumenartigen Phase in dreidimensionalen Inseln wachsen. Basierend auf ortsaufgel{\"o}sten NEXAFS- und LEED-Messungen wird ein Strukturmodell vorgeschlagen, das die Messungen mit einer einzigen volumenartigen Phase erkl{\"a}ren kann, wobei die Kristallite eine einheitliche Ausrichtung senkrecht zur Substratoberfl{\"a}che aufweisen, bez{\"u}glich der Oberfl{\"a}chennormalen jedoch gegeneinander verdreht sind. Ob jedoch die Ausrichtung aller Inseln gleich dieser ist, ob einzelne Inseln unterschiedliche Ausrichtungen zeigen, oder ob sogar eine Art von Polymorphismus vorliegt, l{\"a}sst sich mit den vorliegenden Ergebnissen nicht endg{\"u}ltig kl{\"a}ren, auch wenn alles auf ein Vorhandensein einer Mischung der Modelle hindeutet. Die auf beiden Oberfl{\"a}chen beobachtete hohe Beweglichkeit der Molek{\"u}le deutet auf eine schwache laterale Korrugation des vertikalen Potenzials hin.},
  subject      = {Halbleiterbauelement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Weigand2005,
  author    = {Weigand, Wolfgang},
  title     = {Geometrische Struktur und Morphologie epitaktisch gewachsener ZnSe-Schichtsysteme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12955},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Halbleiterbauelemente sind im t{\"a}glichen Leben allgegenw{\"a}rtig und haben in den letzten Jahrzehnten unseren Lebensstil vollkommen ver{\"a}ndert.W{\"a}hrend diemikro-elektronischen Bauelemente haupts{\"a}chlich auf Silizium-Technologie basieren, gewannen Anfang der 90-ziger Jahre Verbindungshalbleiter wie GaAs, GaN, CdHgTe oder ZnSe f{\"u}r opto-elektronische Bauelemente immer st{\"a}rkere Bedeutung. Besonders der II-VI Halbleiter ZnSe war wegen seiner großen Bandl{\"u}cke und seiner geringen Versetzungsdichte einer der gr{\"o}ßten Hoffnungstr{\"a}ger, blau emittierende Laserdioden zu realisieren. Wie sich sp{\"a}ter zeigte, weisen ZnSe-basierte blaue Laserdioden aber binnen kurzer Zeit eine ausgepr{\"a}gte Degradation ihrer opto-elektronisch aktiven Schicht auf [Guha97]. Dies f{\"u}hrte schließlich dazu, dass sich zur Produktion blau-gr{\"u}n emittierender Laserdioden das konkurrierende Halbleitermaterial GaN durchsetzte [Pearton99] und ZnSe in den Hintergrund gedr{\"a}ngt wurde. In j{\"u}ngster Zeit aber erlebt das ZnSe Halbleitermaterial in spintronischen Bauelementen eine Renaissance [Fiederling99], und auch in Kombination mit Mg und Fe konnten interessante magnetische Eigenschaften nachgewiesen werden [Marangolo01,Marangolo02]. ZurHerstellung der oben erw{\"a}hnten opto-elektronischen und spintronischen Schichtstrukturen wird haupts{\"a}chlich die Molekular-Strahl-Epitaxie (MBE) eingesetzt. Sie gew{\"a}hrleistet erstens eine geringe Defektdichte und einen hohen Reinheitsgrad der erzeugten Schichtstrukturen. Zweitens k{\"o}nnen die elektronischen Eigenschaften der so erzeugten Schichtstrukturen durchDotierung gezielt beeinflusstwerden. F{\"u}r das Wachstum der ZnSe-basierten Schichtsysteme ist zum einen die genutzte Substratfl{\"a}che entscheidend. Als m{\"o}gliche Substratkristalle bieten sich Halbleitermaterialien wie GaAs und Germanium an, die gegen{\"u}ber dem ZnSe-Kristall eine sehr kleine Gitterfehlanpassung aufweisen (< 0.3 \%). Zum anderen nimmt die ZnSe Oberfl{\"a}che eine wichtige Rolle ein, weil an ihr das Wachstum abl{\"a}uft und ihre mikroskopischen Eigenschaften direkt das Wachstum beeinflussen. Die genauen Mechanismen dieses Wachstumsprozesses sind bis jetzt nur in Ans{\"a}tzen verstanden (siehe z.B. [Pimpinelli99,Herman97]), weshalb die Wachstumsoptimierung meist auf empirischem Weg erfolgt. Aus diesem Grund besteht ein gesteigertes akademisches Interesse an der Aufkl{\"a}rung der mikroskopischen Eigenschaften der Halbleiteroberfl{\"a}chen. F{\"u}r die Oberfl{\"a}chen von CdTe- und GaAs-Kristallen wurden diesbez{\"u}glich bereits zahlreicheUntersuchungen durchgef{\"u}hrt, die die geometrische und elektronische Struktur und dieMorphologie dieser Oberfl{\"a}chen analysieren.MitHilfe von experimentellen Methoden wie Rastertunnel-Mikroskopie (STM), Photoelektronen-Spektroskopie (PES, ARUPS) und verschiedenen Beugungsmethoden (SXRD,HRXRD und LEED) bzw. theoretischen Berechnungen (DFT) wurde das Verhalten dieser Oberfl{\"a}chen untersucht. Ihren Eigenschaften wird Modell-Charakter zugewiesen, der oft auf andere II-VI und III-V Halbleiteroberfl{\"a}chen angewendet wird. {\"U}berraschenderweise ist das Verhalten der ZnSe Oberfl{\"a}che, obwohl sie so lange im Mittelpunkt der Forschung um den blauen Laser stand, weit weniger gut verstanden. Unter anderemexistieren f{\"u}r die geometrische Struktur der c(2×2)-rekonstruierten ZnSe(001)Wachstumsoberfl{\"a}che zwei konkurrierende Strukturmodelle, die sich widersprechen. Ziel der nachfolgenden Abhandlung ist es, zuerst die geometrische Struktur und die Morphologie der verschieden rekonstruierten ZnSe(001) Oberfl{\"a}chen zu untersuchen und mit dem Verhalten anderer II-VI Oberfl{\"a}chen zu vergleichen. Dadurch soll festgestellt werden, welche Eigenschaften der II-VI Halbleiteroberfl{\"a}chen Modell-Charakter besitzen, also {\"u}bertragbar auf andere II-VI Halbleiteroberfl{\"a}chen sind, und welche der Oberfl{\"a}chen-Eigenschaften materialspezifisch sind (siehe Tab. 5.1). Zweitens wird die geometrische Struktur und dieMorphologie der Te-passivierten Ge(001) Oberfl{\"a}che untersucht. Diese Oberfl{\"a}che ist wegen ihrer geringen Gitterfehlanpassung bzgl. des ZnSe Kristalls eine erfolgversprechende Substratoberfl{\"a}che, um das ZnSe-Wachstum auch auf nicht-polaren Halbleiteroberfl{\"a}chen zu etablieren. Zur Untersuchung der geometrischen Struktur bzw. Morphologie der Halbleiteroberfl{\"a}chen wurden die zwei komplement{\"a}ren Methoden SXRD und SPA-LEED eingesetzt. Die oberfl{\"a}chenempfindliche R{\"o}ntgenbeugung (SXRD) erm{\"o}glicht es, die geometrische Struktur, also den genauen atomaren Aufbau der Oberfl{\"a}che, aufzukl{\"a}ren. Die hochaufl{\"o}sende niederenergetische Elektronenbeugung (SPA-LEED) hingegen liefert Informationen {\"u}ber die Morphologie, also die Gestalt der Oberfl{\"a}che auf mesoskopischer Gr{\"o}ßenskala. Diese Untersuchungen werden durch hochaufl{\"o}sende klassische R{\"o}ntgenbeugung (HRXRD), Rasterkraft-Mikroskopie (AFM), hochaufl{\"o}sender Photoelektronen-Spektroskopie (PES, ARUPS) und Massen-Spektroskopie (QMS) erg{\"a}nzt. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in folgende drei Teile: Zuerst wird in die SXRD und SPA-LEED Methoden eingef{\"u}hrt, mit denen haupts{\"a}chlich gearbeitet wurde (Kapitel 2). Anschließend werden die experimentellen Untersuchungen an der Te/Ge(001) Oberfl{\"a}che und an den verschieden rekonstruierten ZnSe(001) Oberfl{\"a}chen vorgestellt (Kapitel 5 bis 8). Im dritten und letzten Teil werden schließlich die wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen zusammengefasst (Kapitel 9).},
  subject      = {Zinkselenid},
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