Abstract
Denne afhandling omhandler grundforskning indenfor elektronisk og magnetisk vekselvirkning på nanoskala. Fra små metalliske og magnetiske øer og lag til enkelte atomer på overflader. Magnetisk
interaktion undersøges gennem de spektroskopiske muligheder ved et skannende tunnelmikroskop (STM). Især ved lave temperaturer bruges Kondoresonansen til at studere magnetisk interaktion med ferromagnetiske øer og mellem to atomer. Sidstnævnte viser et crossover mellem Kondo-skærmede atomer og antiferromagnetisk koblede atomer tæt på det kvantekritiske punkt. Dette relateres til forskningen indenfor korrellerede elektronmaterialer såsom studier af faseovergange i tunge fermion materialer og magnetisk vekselvirkning indenfor spintronik forskning.
Tildækningen af koboltøer pa Cu(111) med sølv er undersøgt med STM og fotoemissionsspektroskopi. Det er vist at ved lav dækning nukleerer sølvet fortrinsvist ovenpå de dobbeltlags høje koboltøer i stedet for direkte på Cu(111) substratet. Ydermere danner sølvet en kombination af en rekonstruktion og et Moiremønster, hvilket er undersøgt med lav-energi elektrondiffraktion (LEED) og med spektroskopisk STM kortlægning ved 6 K. Det er vist at heterostrukturen har meget interesante elektroniske egenskaber. Den d-relaterede tilstand fra den nu begravede kobolt er synlig igennem det dækkende sølvlag, men sølvets Moiremønster modulerer den spinpolariserede kobolt d-tilstand i amplitude, energiposition og bredde. Dette er relateret til d-båndsmodellen for katalytiske reaktioner. Det største skifte er i amplituden af tilstanden, men den omvendte struktur med kobolt på Ag(111) viser lignende egenskaber, dog med et stort skifte i energiposition i stedet for amplitude af tilstanden.
Kondoeffekten er brugt til at probe magnetisk interaktion mellem de førnævnte sølvdækkede koboltøer (og ydermere guld-dækkede koboltøer) og enkelte koboltatomer placeret på Moiremønstret. Der er observeret en splittet Kondoresonans på grund af exchange-vekselvirkningen mellem øen og atomerne.
I et mere teknisk afsnit af afhandlingen vises det hvordan en guld-dækket STM-spids gøres modtagelig for enkelte koboltatomer. Spidsen dyppes enten direkte i en Au(111) overflade eller flager af guld samles op fra koboltøerne på Cu(111). En ændring i den lokale barrierehøjde (arbejdsfunktion) af spids-prøve forbindelsen indikerer at det yderste af spidsen er guld-dækket og at enkelte koboltatomer kan samles op. Et koboltatom påhæftet STM-spidsen viser en Kondoresonans dannet mellem atomet og spidsen meget lig resonansen, der dannes når et koboltatom er på overfladen og
der måles med en ren spids.
Her bruges dette til at vise hvordan et to-urenheds-Kondosystem bestående af to koboltatomer (den ene på STM-spidsen og den anden på Au(111)-prøven) gennemgår et kontinuert crossover fra en fase med Kondoskærmede atomer til en fase med antiferromagnetisk koblede atomer når afstanden mellem atomerne ændres fra ikke-vekselvirkende til stærkt vekselvirkende. I det Kondoskærmede regime er Kondotemperaturen konstant og kun Fano linjeformen ændrer sig fra et dyk til en top. I det antiferromagnetiske regime ses en opsplitning af de inelastiske spinflip eksitationer. Dette understøttes af numerisk renormaliseringsgruppeteori. Dette crossover mellem de to regimer er ydermere interessant fordi det foregår i et område af fasediagrammet tæt på det kvantekritiske punkt, hvor faseovergangen møder det absolutte nulpunkt i temperatur.
Dette frit positionerbare Kondosystem på STM-spidsen repræsenterer en ny måde at probe magnetisk vekselvirkning på, med muligheden for kontinuert at ændre positionen af det probende Kondosystem. Eksperimentet fremstår som et blandt mange anvendelsesmuligheder med et frit positionerbart Kondosystem påhæftet STM-spidsen og metoden kan åbne op for et nyt felt indenfor STM. Vi forventer at vores forskning har direkte indflydelse på andre forskningsområder såsom tunge fermion materialer, hvilket er en klasse af materialer hvis egenskaber er styret af konkurrencen mellem Kondoskærmning og lokal antiferromagnetisk moment, samt indenfor kvanteinformationsbehandling.
interaktion undersøges gennem de spektroskopiske muligheder ved et skannende tunnelmikroskop (STM). Især ved lave temperaturer bruges Kondoresonansen til at studere magnetisk interaktion med ferromagnetiske øer og mellem to atomer. Sidstnævnte viser et crossover mellem Kondo-skærmede atomer og antiferromagnetisk koblede atomer tæt på det kvantekritiske punkt. Dette relateres til forskningen indenfor korrellerede elektronmaterialer såsom studier af faseovergange i tunge fermion materialer og magnetisk vekselvirkning indenfor spintronik forskning.
Tildækningen af koboltøer pa Cu(111) med sølv er undersøgt med STM og fotoemissionsspektroskopi. Det er vist at ved lav dækning nukleerer sølvet fortrinsvist ovenpå de dobbeltlags høje koboltøer i stedet for direkte på Cu(111) substratet. Ydermere danner sølvet en kombination af en rekonstruktion og et Moiremønster, hvilket er undersøgt med lav-energi elektrondiffraktion (LEED) og med spektroskopisk STM kortlægning ved 6 K. Det er vist at heterostrukturen har meget interesante elektroniske egenskaber. Den d-relaterede tilstand fra den nu begravede kobolt er synlig igennem det dækkende sølvlag, men sølvets Moiremønster modulerer den spinpolariserede kobolt d-tilstand i amplitude, energiposition og bredde. Dette er relateret til d-båndsmodellen for katalytiske reaktioner. Det største skifte er i amplituden af tilstanden, men den omvendte struktur med kobolt på Ag(111) viser lignende egenskaber, dog med et stort skifte i energiposition i stedet for amplitude af tilstanden.
Kondoeffekten er brugt til at probe magnetisk interaktion mellem de førnævnte sølvdækkede koboltøer (og ydermere guld-dækkede koboltøer) og enkelte koboltatomer placeret på Moiremønstret. Der er observeret en splittet Kondoresonans på grund af exchange-vekselvirkningen mellem øen og atomerne.
I et mere teknisk afsnit af afhandlingen vises det hvordan en guld-dækket STM-spids gøres modtagelig for enkelte koboltatomer. Spidsen dyppes enten direkte i en Au(111) overflade eller flager af guld samles op fra koboltøerne på Cu(111). En ændring i den lokale barrierehøjde (arbejdsfunktion) af spids-prøve forbindelsen indikerer at det yderste af spidsen er guld-dækket og at enkelte koboltatomer kan samles op. Et koboltatom påhæftet STM-spidsen viser en Kondoresonans dannet mellem atomet og spidsen meget lig resonansen, der dannes når et koboltatom er på overfladen og
der måles med en ren spids.
Her bruges dette til at vise hvordan et to-urenheds-Kondosystem bestående af to koboltatomer (den ene på STM-spidsen og den anden på Au(111)-prøven) gennemgår et kontinuert crossover fra en fase med Kondoskærmede atomer til en fase med antiferromagnetisk koblede atomer når afstanden mellem atomerne ændres fra ikke-vekselvirkende til stærkt vekselvirkende. I det Kondoskærmede regime er Kondotemperaturen konstant og kun Fano linjeformen ændrer sig fra et dyk til en top. I det antiferromagnetiske regime ses en opsplitning af de inelastiske spinflip eksitationer. Dette understøttes af numerisk renormaliseringsgruppeteori. Dette crossover mellem de to regimer er ydermere interessant fordi det foregår i et område af fasediagrammet tæt på det kvantekritiske punkt, hvor faseovergangen møder det absolutte nulpunkt i temperatur.
Dette frit positionerbare Kondosystem på STM-spidsen repræsenterer en ny måde at probe magnetisk vekselvirkning på, med muligheden for kontinuert at ændre positionen af det probende Kondosystem. Eksperimentet fremstår som et blandt mange anvendelsesmuligheder med et frit positionerbart Kondosystem påhæftet STM-spidsen og metoden kan åbne op for et nyt felt indenfor STM. Vi forventer at vores forskning har direkte indflydelse på andre forskningsområder såsom tunge fermion materialer, hvilket er en klasse af materialer hvis egenskaber er styret af konkurrencen mellem Kondoskærmning og lokal antiferromagnetisk moment, samt indenfor kvanteinformationsbehandling.
| Bidragets oversatte titel | Nanoskala elektronisk og magnetisk vekselvirkning undersøgt med skannende tunnelspektroskopi |
|---|---|
| Originalsprog | Engelsk |
| Udgivelsessted | Aalborg Universitet |
| Udgave | 2 |
| ISBN'er, trykt | 978-87-89195-28-5 |
| ISBN'er, elektronisk | 978-87-89195-28-5 |
| Status | Udgivet - 20 aug. 2010 |
| Udgivet eksternt | Ja |