@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{Wiessner2013,
  author    = {Wießner, Michael},
  title     = {Isolierte Molek{\"u}le und delokalisierte Zust{\"a}nde: Einblick in die elektronische Struktur organischer Adsorbate mittels winkelaufgel{\"o}ster Photoemission},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-95265},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit demonstriert an Hand von verschiedenen Modellsystemen wie detailliert sich die grundlegenden Eigenschaften molekularer Adsorbate mit der winkelaufgel{\"o}sten Photoemission erkunden lassen. Die von Peter Puschnig et al. vorgestellte Verkn{\"u}pfung zwischen Photoemissionsintensit{\"a}t und den Molek{\"u}lorbitalen im Grundzustand mittels einer Fouriertransformation war dabei entscheidend, um die verschiedenen physikalischen Effekte einordnen und verstehen zu k{\"o}nnen. W{\"a}hrend f{\"u}r Coronen oder HBC die Orbitale im Grundzustand sehr gut zum Experiment passen, lassen sich f{\"u}r PTCDA und NTCDA einige Abweichungen von der DFT-Rechnung auf Basis der (semi-)lokalen GGA- oder LDA-Funktionale erkennen, die sich bei Messungen mit s-Polarisation hervorheben lassen. Diese k{\"o}nnen auf den Einfluss des Endzustandes in der Photoemission zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Im Rahmen der Dysonorbitale lassen sich die daf{\"u}r verantwortlichen Relaxationseffekte zwischen dem N-Elektronensystem des Molek{\"u}ls im Grundzustand und dem (N-1)-Elektronensystem des zur{\"u}ckbleibenden Kations explizit beschreiben. Die Berechnung des Photoemissionssignals mittels Fouriertransformation des Grundzustandes kann dar{\"u}ber hinaus weitere physikalische Effekte nicht korrekt ber{\"u}cksichtigen. Erste Anzeichen hierf{\"u}r konnten am PTCDA-HOMO bei einer Photonenenergie von 27 eV und s-Polarisation detektiert werden. Dar{\"u}ber hinaus kann die N{\"a}herung des Photoelektronenendzustands als ebene Welle den beobachteten zirkularen Dichroismus am HOMO und LUMO von PTCDA nicht erkl{\"a}ren. Erst in der Erweiterung durch eine Partialwellenzerlegung des Photoelektronenendzustands tritt ein dichroisches Signal in der theoretischen Beschreibung auf. F{\"u}r das delokalisierte pi-Elektronensystem von PTCDA ist aber selbst diese Verfeinerung noch nicht ausreichend, um das Experiment korrekt beschreiben und weitere Eigenschaften vorhersagen zu k{\"o}nnen. Qualitativ lassen sich die Ver{\"a}nderungen im CDAD bei der Transformation um 90° f{\"u}r HOMO und LUMO mit einem gruppentheoretischen Ansatz verstehen. Damit ist es m{\"o}glich, den molekularen Zust{\"a}nden ihre irreduzible Darstellung zuzuweisen, wor{\"u}ber sich f{\"u}r PTCDA die Verteilung der quantenmechanischen Phase rekonstruieren l{\"a}sst. Dies ist deshalb {\"a}ußerst bemerkenswert, da {\"u}blicherweise in physikalischen Experimenten nur die Intensit{\"a}t und keine Informationen {\"u}ber die Phase messbar sind. Damit k{\"o}nnen die Photoemissionsmessungen im k||-Raum vollst{\"a}ndig in den Realraum transformiert werden, wodurch die laterale Ortsinformation {\"u}ber die h{\"o}chsten besetzen Molek{\"u}lorbitale von PTCDA zug{\"a}nglich wird. Neben der Bestimmung der molekularen Orbitale, deren Struktur von der Anordnung der Atome im Molek{\"u}l dominiert wird, enth{\"a}lt die winkelaufgel{\"o}ste Photoemission Informationen {\"u}ber die Adsorbat-Substrat-Wechselwirkung. F{\"u}r hoch geordnete Monolagen ist es m{\"o}glich, die verschiedenen Verbreiterungsmechanismen zu trennen und zu analysieren. Bei den untersuchten Systemen sind die Verbreiterungen aufgrund von unterschiedlichen Adsorptionspl{\"a}tzen oder Probeninhomogenit{\"a}ten ebenso wie die experimentelle Aufl{\"o}sung der 2D-Analysatoren vernachl{\"a}ssigbar gegen{\"u}ber Lebensdauereffekten und evtl. Verbreiterung aufgrund von Dispersionseffekten. Bereits bei den {\"a}ußerst schwach wechselwirkenden Systemen Coronen auf Ag(111) und Au(111) unterscheiden sich die beiden Systeme in ihrer Lorentzverbreiterung beim HOMO. In erster N{\"a}herung l{\"a}sst sich dies auf eine Lebensdauer des entstandenen Photolochs zur{\"u}ckf{\"u}hren, welches je nach St{\"a}rke der Substratkopplung unterschiedlich schnell mit Substratelektronen aufgef{\"u}llt werden kann. Die Lorentzbreite als Indikator f{\"u}r die Wechselwirkung bzw. Hybridisierungsst{\"a}rke zeigt f{\"u}r die Systeme mit Ladungstransfer vom Substrat in das Molek{\"u}l eine sehr viel gr{\"o}ßere Verbreiterung. Zum Beispiel betr{\"a}gt die Lorentzbreite des LUMO f{\"u}r NTCDA/Ag(110) FWHM=427 meV, und somit eine mehr als f{\"u}nfmal so große Verbreiterung als f{\"u}r das HOMO von Coronen/Au(111). Diese starke Verbreiterung geht im Fall von NTCDA/Ag(110) wie auch bei den untersuchten Systemen NTCDA/Cu(100) und PTCDA/Ag(110) einher mit einem Ladungstransfer vom Substrat ins Molek{\"u}l, sowie mit der Ausbildung eines zus{\"a}tzlichen charakteristischen Signals in der Winkelverteilung des LUMO, dem Hybridisierungszustand bei kx,y=0{\AA}-1. Die Intensit{\"a}t dieses Zustands korreliert bei den Systemen NTCDA auf Cu(100) bzw. auf Ag(110) jeweils mit der Lorentzbreite des LUMO-Zustands. Die Hybridisierung zwischen Molek{\"u}l und Substrat hat noch weitere Auswirkungen auf die beobachtbaren physikalischen Eigenschaften. So f{\"u}hrt die starke Hybridisierung mit dem Substrat wiederum dazu, dass sich die intermolekulare Dispersion f{\"u}r die Elektronen im LUMO-Zustand deutlich verst{\"a}rkt. Der direkte {\"U}berlapp der Wellenfunktionen ist im System PTCDA/Ag(110) laut DFT-Rechnungen relativ klein und f{\"u}hrt lediglich zu einer Bandbreite von 60 meV. Durch die Hybridisierung mit den delokalisierten Substratb{\"a}ndern erh{\"o}ht sich der Grad der Delokalisierung im LUMO-Zustand, d.h. die Bandbreite steigt auf 230 meV, wie das Experiment best{\"a}tigt. Im Gegensatz zu fr{\"u}heren STM/STS-basierten Messungen [Temirov2006] kann mit der Kombination aus DFT-Rechnung und ARPES-Experiment eindeutig nachgewiesen werden, dass das Substrat im Fall von PTCDA/Ag(110) die Bandbreite verst{\"a}rken kann, sodass sich die effektive Masse der Lochladungstr{\"a}ger von meff=3,9me auf meff=1,1me reduziert. Im Blick auf die eingangs gestellte Frage, ob sich molekulare Adsorbate eher wie isolierte Molek{\"u}le oder als periodische Festk{\"o}rper beschreiben lassen, kommt diese Arbeit auf ein differenziertes Ergebnis. In den Impulsverteilungen, die sich aus der Form der molekularen Wellenfunktionen ableiten lassen, spiegelt sich eindeutig der isolierte molekulare Charakter wieder. Dagegen zeigt sich in der Energiedispersion E(k||) ein delokalisierter, blochartiger Charakter, und es konnte demonstriert werden, dass es zu einem Vermischen von Metall- und Molek{\"u}lwellenfunktionen kommt. Molekulare Adsorbate sind also beides, isolierte Molek{\"u}le und zweidimensionale Kristalle mit delokalisierten Zust{\"a}nden.},
  subject      = {Organisches Molek{\"u}l},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Michalke2004,
  author    = {Michalke, Thordis},
  title     = {Elektronen-Korrelationen und Elektron-Phonon-Kopplung in einem nanostrukturierten Adsorbatsystem},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11957},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {In meiner Arbeit werden die Auswirkungen von Vielteilcheneffekten in einem niedrigdimensionalen Adsorbatsystem untersucht. Ein solches System kann als einfaches Modellsystem zum Verst{\"a}ndnis der Vielteilcheneffekte dienen. Mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie und Rastertunnelspektroskopie kann die Lebensdauer der Quasiteilchen direkt gemessen werden. An quasi-nulldimensionalen Quantenpunkten l{\"a}sst sich außerdem der Einfluss der Dimensionalit{\"a}t und der Strukturgr{\"o}ße auf die Korrelationseffekte und Kopplungsst{\"a}rken der Elektronen messen. Das Adsorbatsystem Stickstoff auf Kupfer (Cu(100)c(2x2)N) ist hierf{\"u}r ideal geeignet. Bei der Adsorption von Stickstoff auf Cu(100) bilden sich auf Grund starker Verspannungen durch die inkommensurate c(2x2)-Bedeckung Stickstoff-Inseln mit einer typischen Gr{\"o}ße von 5x5 nm². Auf diesen quasi-nulldimensionalen Quantenpunkten l{\"a}sst sich lokal mit der Rastertunnelspektroskopie die elektronische Zustandsdichte messen. In den STS-Spektren und Bildern sind typische diskrete Eigenzust{\"a}nde eines Quantentrogs zu beobachten. Mit einem Modell ged{\"a}mpfter, quasifreier Elektronen ist es gelungen, diese Eigenzust{\"a}nde zu simulieren und wichtige physikalische Gr{\"o}ßen, wie die effektive Masse, die Bindungsenergie und die mittlere Lebensdauer der Elektronen in den Inseln zu bestimmen. Mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie k{\"o}nnen zahlreiche adsorbatinduzierte Zust{\"a}nde identifiziert und die zweidimensionale Bandstruktur des Adsorbatsystems gemessen werden. Die Elektron-Phonon-Kopplung spielt in dem Stickstoff-Adsorbatsystem eine wichtige Rolle: Temperaturabh{\"a}ngige Messungen der zweidimensionalen Zust{\"a}nde lassen auf eine sehr starke Kopplung schließen mit Werten bis zu 1,4 f{\"u}r die Kopplungskonstante. Dabei ist die Kopplungsst{\"a}rke wesentlich von der Lokalisierung der Adsorbatzust{\"a}nde abh{\"a}ngig. In der N{\"a}he der Fermikante zeigt ein Adsorbatzustand eine außergew{\"o}hnliche Linienform. Die Spektralfunktion kann selbst bei recht hohen Temperaturen von 150 K mit dem Realteil der Selbstenergie der Elektron-Phonon-Kopplung beschrieben werden. F{\"u}r die Phononenzustandsdichte wird dabei das Einstein-Modell verwendet auf Grund des dominierenden Anteils der adsorbatinduzierten optischen Phononen. Die Kopplungsst{\"a}rke und der Beitrag der Elektron-Elektron und Elektron-Defekt-Streuung werden aus diesen Daten extrahiert. Auf Grund der sehr starken Elektron-Phonon-Kopplung k{\"o}nnte man spekulieren, ob sich in der Oberfl{\"a}che Cooper-Paare bilden, deren Anziehung {\"u}ber ein optisches Adsorbatphonon vermittelt w{\"u}rde, und so eine exotische Oberfl{\"a}chen-Supraleitung verursachen.},
  subject      = {Adsorbat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmitt2007,
  author    = {Schmitt, Stefan},
  title     = {Adsorbatinduzierte richtungsabh{\"a}ngige Facettierung und selbstorganisierte Dom{\"a}nen-Musterbildung auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-25088},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit den strukturellen Aspekten einer adsorbat-induzierten Facettierung von vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen. Bei dem Adsorbat handelte es sich um das organische Molek{\"u}l Perylen-3,4,9,10-Tetracarbons{\"a}ure-Dianhydrid (PTCDA). Die Experimente wurden unter Ultrahochvakuum-Bedingungen durchgef{\"u}hrt, die Charakterisierung erfolgte haupts{\"a}chlich mit den Messmethoden Rastertunnelmikroskopie (STM) und niederenergetische Elektronenbeugung (LEED). Das planare Farbstoffmolek{\"u}l PTCDA adsorbiert pr{\"a}ferentiell an den Stufenkanten der verwendeten 8.5° Ag(111)-Vizinaloberfl{\"a}chen und induziert bei geeigneten Pr{\"a}parationsbedingungen eine Rekonstruktion in stark gestufte Facettenfl{\"a}chen und in stufenfreie (111)-Terrassen. Die beobachteten Facetten sind f{\"u}r das System PTCDA/Ag charakteristisch und stellen durch eine molekulare {\"U}berstruktur richtungsselektiv stabilisierte Ag-Kristallebenen dar. Durch die Variation der Stufenrichtung der Startoberfl{\"a}che wurde eine Vielzahl von Facettentypen erhalten und nach Miller indiziert. In ihrer Gesamtheit erlauben sie einen R{\"u}ckschluss auf das Aussehen der Gleichgewichtskristallform eines mit PTCDA bedeckten Ag-Kristalles und damit auf das richtungsabh{\"a}ngige Benetzungsverhalten von Ag. Aus der Sicht des Substrates bewirkt das Adsorbat eine massive Erh{\"o}hung der Steifheit der Stufen. Die durch eine molekulare {\"U}berstruktur stabilisierten Facettenfl{\"a}chen {\"u}bernehmen die in der Kristallstruktur des Substrates angelegten Stufenrichtungen. Die gefundene Ausbildung von zwei typischen Facettensteigungen ist jedoch nicht durch die Ag-Kristallstruktur motivierbar. Die Facettierung wurde im Rahmen einer speziellen Adaption des Konzepts der Thermodynamik auf ebene gestufte Oberfl{\"a}chen als Orientierungsphasenseparation beschrieben. Dieses Konzept erlaubt eine korrekte Beschreibung der beobachteten lokalen Ph{\"a}nomene und zeigt zudem auf, dass das molekulare Gas, welches in den Messungen nicht erfasst wurde, eine wichtige Rolle bei der Rekonstruktion spielt. Es ergaben sich wichtige Indizien f{\"u}r die Existenz einer kritischen Inselgr{\"o}ße f{\"u}r PTCDA auf Ag(111). Es wurde eine vollst{\"a}ndige strukturelle Analyse aller stabilen molekularen {\"U}berstrukturen auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen durchgef{\"u}hrt. Es wurden insgesamt 16 solcher {\"U}berstrukturen gefunden, von denen bisher nur 3 Strukturen bekannt und ver{\"o}ffentlicht waren. Dichte und Kommensurabilit{\"a}t der Facetten{\"u}berstrukturen sind systematisch vom Stufentyp der Oberfl{\"a}che abh{\"a}ngig. Die Frage nach dem Ursprung der beiden charakteristischen Facettensteigungen ist mit der Existenz von zwei Typen von {\"U}berstrukturgrenzen verkn{\"u}pft. Die Grenze bestimmt die Lage der fischgr{\"a}tartigen {\"U}berstruktur zu den Stufenkanten und die L{\"a}nge und die Breite des Molek{\"u}ls die beiden charakteristischen Stufenabst{\"a}nde. Letzteres geschieht verm{\"o}ge einer lokalen Wechselwirkung der PTCDA-Molek{\"u}le mit den Stufen. Die {\"U}berstrukturgrenzen erweisen sich als wichtiges Element der Rekonstruktion. Es wurden außerdem die Abh{\"a}ngigkeiten der verschiedenen, aneinander angrenzenden {\"U}berstrukturen aufgezeigt. Auf den (111)-Terrassen fanden sich 3 metastabile Ausnahme-Strukturen, welche einen vertieften Einblick in die komplexe Bildungskinetik der bisher bekannten stabilen (111)-Struktur erlauben. Die Facetten bilden zusammen mit den benachbarten (111)-Terrassen regelm{\"a}ßige, einem Reflexionsgitter {\"a}hnliche Muster mit einer Strukturweite von 5 bis 75nm. Die beobachteten Strukturweiten erreichen bei ausgedehntem Tempern typische Maximalwerte. STM-Messungen zeigen den Einfluss einer langreichweitigen Wechselwirkung zwischen den Facetten, vermittelt {\"u}ber elastische Eigenschaften des Substrates. Die Muster k{\"o}nnen als selbstorganisierte Zweiphasensysteme im thermodynamischen Gleichgewicht erkl{\"a}rt werden. Die Facetten wirken wie repulsiv wechselwirkende Defekte in einem elastischen Medium. Die Eignung dieser Muster als Templat wurde in Kooperation mit einer anderen Arbeitsgruppe am Beispiel der selektiven Deposition von Eisen belegt.},
  subject      = {Adsorbat},
  language  = {de}
}