Correlation effects in self-organized atomic nanostructures on semiconductor surfaces

半导体表面自组织原子纳米结构的相关效应

基本信息

项目摘要

This project extends the productive investigations of the first period devoted to one- and two dimensional correlated electron systems, which are formed by self-organized epitaxial growth of metal atoms in the submonolayer regime on semiconductors surfaces. This approach exploits the tunability of the electronic properties over a wide range by variation of the atomic constituents and by doping. The role of the electron interactions is addressed experimentally by a combination of angle-resolved photoemission and scanning tunneling spectroscopy, aiming at high resolution of the spectral properties down to low temperatures. Our recent discovery of Tomonaga-Luttinger liquid behavior in atomic Au-induced chains on Ge(001) has opened a novel experimental pathway to study a wealth of quantum phenomena. The electronic spectra, characterized by a power-law behavior, will be probed locally to map the significant modifications expected in the vicinity of boundaries at chain ends or by intentional scattering centers. The effect of doping on the electron correlations can be witnessed directly, and bridging atoms between chains will serve to induce a “dimensional crossover”. The rich variety of 2D electron systems with heavy adatoms (Sn, Pb, Au) in a triangular surface lattice on Si(111) and Ge(111) is used to realize Mott-Hubbard insulators intertwined with frustrated antiferromagnetic order. Different correlation regimes can be realized by changing the chemical composition or the coverage, thereby touching the fascinating competition with superconductivity in some of the systems. The signatures of electron correlation are recorded via the k-resolved spectral function, and will be related to advanced many-body calculations that include magnetic interactions. Moreover, strong spin-orbit interactions originating from the large atoms can lead to helical undulating spin textures, to be addressed by spin-resolved photoemission, which bear close resemblance to phenomena in topological insulators.
该项目扩展了第一阶段致力于一维和二维相关电子系统的富有成效的研究,这些电子系统是由半导体表面亚单层区域中金属原子的自组织外延生长形成的,这种方法利用了电子特性的可调性。通过改变原子成分和掺杂,可以在很宽的范围内通过角分辨光电子发射和扫描隧道光谱的结合来解决电子相互作用的作用,旨在获得高分辨率的光谱。我们最近发现 Ge(001) 上原子 Au 诱导链中的 Tomonaga-Luttinger 液体行为,为研究大量以幂律为特征的量子现象开辟了一条新的实验途径。行为,将在本地进行探测,以绘制链末端边界附近或有意散射中心预期的显着变化。可以直接见证掺杂对电子相关性的影响,并且链之间的桥接原子将有助于诱导“维度交叉”。 Si(111) 和 Ge(111) 上三角形表面晶格中具有重吸附原子(Sn、Pb、Au)的丰富多样的二维电子系统可用于实现与受抑反铁磁序交织的莫特-哈伯德绝缘体。通过改变化学成分或覆盖范围来实现,从而在一些系统中触及与超导性的有趣竞争。电子关联的特征是通过记录的。 k分辨光谱函数,并将与包括磁相互作用在内的先进多体计算相关,此外,源自大原子的强自旋轨道相互作用可以导致螺旋起伏的自旋纹理,这可以通过自旋分辨光发射来解决。这与拓扑绝缘体中的现象非常相似。

项目成果

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Strictly one-dimensional electron system in Au chains on Ge(001) revealed by photoelectron k -space mapping
光电子k空间映射揭示Ge(001)上Au链中的严格一维电子系统
  • DOI:
    10.1103/physrevb.83.121411
  • 发表时间:
    2010-04-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    S. Meyer;J. Schaefer;C. Blumenstein;P. Hoepfner;A. Bostwick;J. McChesney;E. Rotenberg;R. C. U. O. Wuerzburg;H Germany;Lawrence Berkeley National Laboratory;Usa
  • 通讯作者:
    Usa
Triangular Spin-Orbit-Coupled Lattice with Strong Coulomb Correlations: Sn Atoms on a SiC(0001) Substrate.
具有强库仑相关性的三角形自旋轨道耦合晶格:SiC(0001) 衬底上的 Sn 原子。
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.114.247602
  • 发表时间:
    2015-01-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    S. Glass;G. Li;F. Adler;J. Aulbach;A. Fleszar;R. Thomale;W. Hanke;R. Claessen;J. Schäfer
  • 通讯作者:
    J. Schäfer
Magnetic order in a frustrated two-dimensional atom lattice at a semiconductor surface
半导体表面受挫二维原子晶格中的磁序
  • DOI:
    10.1038/ncomms2617
  • 发表时间:
    2013-03-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Gang Li;P. Höpfner;J. Schäfer;C. Blumenstein;S. Meyer;A. Bostwick;E. Rotenberg;R. Claessen;W. Hanke
  • 通讯作者:
    W. Hanke
Atomically controlled quantum chains hosting a Tomonaga-Luttinger liquid
承载 Tomonaga-Luttinger 液体的原子控制量子链
  • DOI:
    10.1038/nphys2051
  • 发表时间:
    2011-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19.6
  • 作者:
    C. Blumenstein;J. Schäfer;S. Mietke;S. Meyer;A. Dollinger;M. Lochner;X. Cui;L. Patthey;R. Matzdor
  • 通讯作者:
    R. Matzdor
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