Tobias Mauerer

• Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen (LDM) auf Oberflächen von drei verschiedenen Probensystemen untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid (IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabhängigkeit der Phasenübergänge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen und elektronischen Eigenschaften analysiert. Chrom (Cr) ist ein einfaches Übergangsmetall, in dem sowohl eine klassischeIm Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen (LDM) auf Oberflächen von drei verschiedenen Probensystemen untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid (IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabhängigkeit der Phasenübergänge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen und elektronischen Eigenschaften analysiert. Chrom (Cr) ist ein einfaches Übergangsmetall, in dem sowohl eine klassische Ladungsdichtewelle (LDW) als auch eine Spindichtewelle (SDW) auftreten. Die im Experiment betrachteten Cr-Inseln auf Wolfram(110) schlagen eine Brücke zwischen dem Volumenmaterial und ultradünnen Schichten. Dabei zeigt sich der Zusammenhang zwischen elektronischen und magnetischen Eigenschaften in der Ausbildung einer LDW-Lücke und dem gleichzeitigen Verschwinden des magnetischen Kontrastes bei lokalen Schichtdicken von dCr =� 4nm. Dies kann durch eine Rotation des Spindichtewellenvektors Q erklärt werden. Für dCr <� 3nm verschwindet die LDW erneut. Zusätzlich zur LDW und SDW entsteht aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter von Chrom und Wolfram bei lokalen Schichtdicken von dCr � < 3nm eine Moiré-Überstruktur. IrTe2 ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsaktivitäten und weist eine LDM mit gleichzeitiger Transformation des atomaren Gitters auf. Ein Phasenübergang erster Ordnung erzeugt zunächst bei der Übergangstemperatur TC =� 275K eine Modulation mit dem Wellenvektor q = 1/5(1, 1, 0). Mithilfe temperaturabhängiger RTM-Messungen kann das Phasendiagramm um einen weiteren Übergang erster Ordnung bei TS � = 180K erweitert werden. Dabei bilden sich zunehmend Te-Dimere an der sichtbaren (001)-Oberfläche und IrTe2 wechselt in einen Grundzustand mit maximaler Dichte von Dimeren und dem Wellenvektor q = 1/6(1, 1, 0). Der Mechanismus beider Phasenübergänge wird durch die Probenqualität und die Oberflächenpräparation beeinflusst, sodass die Phasenübergänge erster Ordnung teilweise verlangsamt ablaufen. Durch eine Analyse der Oberflächendynamik am Phasenübergang kann der zugrundeliegende Mechanismus des Domänenwachstums im Realraum untersucht werden. Im letzten Teil der Arbeit werden ultradünne Eisenfilme auf Rhodium(001) betrachtet. Dabei treten auf der Doppellage Eisen (Fe) auf Rhodium (Rh) spannungsabhängige elektronische Modulationen mit senkrecht zueinander orientierten Wellenvektoren q1 = [(0, 30 ± 0, 03), 0, 0] und q2 = [0, (0, 30 ± 0, 03), 0] in Richtung [100] und [010] auf. Temperaturabhängige Messungen zeigen die stetige Verkleinerung der Modulation beim Erwärmen der Probe und somit einen Phasenübergang zweiter Ordnung. Die LDM tritt auch auf der dritten und vierten Lage Eisen mit gleichgerichteten aber kleineren Wellenvektoren q auf. Spinpolarisierte RTM-Daten zeigen einen c(2×2)-Antiferromagnetismus auf einer Monolage Eisen. Für Fe-Bedeckungen von 1ML � - 5ML tritt Ferromagnetismus perpendikular zur Oberfläche auf. Diese Messungen zeigen erstmals gleichzeitiges Auftreten einer elektronischen und magnetischen Phase in einem reinen 3d-Übergangsmetall im Realraum.…
• In the scope of this thesis Charge Density Modulations (CDM) on surfaces of three different sample systems are examined with Scanning Tunneling Microscopy (STM). The sample systems include chromium on tungsten(110), bulk IrTe2, and iron on rhodium(001). The experimental results help to analyze the temperature dependence of phase transitions and the interaction between magnetic and electronic properties. Chromium (Cr) belongs to the basic transition metals and exhibits both a classical Charge Density Wave (CDW) and a Spin Density WaveIn the scope of this thesis Charge Density Modulations (CDM) on surfaces of three different sample systems are examined with Scanning Tunneling Microscopy (STM). The sample systems include chromium on tungsten(110), bulk IrTe2, and iron on rhodium(001). The experimental results help to analyze the temperature dependence of phase transitions and the interaction between magnetic and electronic properties. Chromium (Cr) belongs to the basic transition metals and exhibits both a classical Charge Density Wave (CDW) and a Spin Density Wave (SDW). The data of Cr-islands on tungsten(110) presented in this work connects already known properties of the bulk material and ultrathin films. For local island thicknesses dCr =� 4nm the electronic properties show the onset of a CDW-gap, which is linked to the coexistent vanishing of magnetic contrast. The suppression of magnetic contrast can be explained by a rotation of the spinvector Q. This has been shown by spin-polarized STM (SP-STM). The CDW vanishes again for dCr <� 3nm. Additional to CDW and SDW a Moiré-pattern exists at thicknesses dCr � < 3nm caused by the lattice mismatch between chromium and tungsten. IrTe2 is currently a hot topic in physical science and shows a CDM with a coexisting transformation of the atomic lattice. A first-order phase transition occurs at the transition temperature TC =� 275K and results in a modulation with the wave-vector q = 1/5(1, 1, 0). The performance of temperature-dependent STM measurements helps to extend the phase diagram of IrTe2 with a second first-order phase transition at TS =� 180K. Within this phase transition the density of Te-dimers increases and the (001)-surface of IrTe2 develops into in a ground state with the wave vector q = 1/6(1, 1, 0). Both phase transitions are affected by the sample quality and the surface preparation and therefore proceed decelerated. It was possible to investigate the underlying mechanisms of the domain growth with the analysis of the surface dynamics in real space . The last part of this thesis deals with ultrathin iron layers on rhodium (001). On top of an iron (Fe) film with a thickness of two atomic layers some bias-dependent, electronic modulations perpendicular to each apper. The wavevectors q1 = [(0, 31 ± 0, 04), 0, 0] and q2 = [0, (0, 31 ± 0, 04), 0] are orientated along the [100]- and [010]-direction. Temperature dependent measurements show a continuous decrease of the electronic signal when warming up the sample. This behavior is characteristic for a second-order phase transition. The CDM is also visible on iron films with three and four atomic layers thickness. With increasing film thickness the wavevectors are still oriented in the same directions,but the periodicity decreases. SP-STM measurements show antiferromagnetic c(2×2)-ordering on the monolayer iron. The thin films develop ferromagnetism out-of-plane for coverages 1ML � - 5ML. These results present for the first time in real space the coeval appearance of an electronic and magnetic phase in a pure 3d-transition metal.…