Raster-Thermospannungs-Mikroskopie der Interferenz von Elektronenwellen auf der Au(111)-Oberfläche

Interferenzmuster und Streueigenschaften in einem zweidimensionalen Elektronengas

Scanning-Thermovoltage-Microscopy of the interference of electron waves on the Au(111)-surface

Interference patterns and scattering in a two dimensional electron gas

by Klaus Jürgen Engel
Doctoral thesis
Date of Examination:2001-10-19
Date of issue:2002-02-18
Advisor:Prof. Dr. Rainer G. Ulbrich
Referee:Prof. Dr. Kurt Schönhammer
Referee:Prof. Dr. Wolfgang Felsch
Referee:Prof. Dr. Reiner Kirchheim
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2784

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

The interference pattern of scattered electron waves is studied for the 2D-electron gas of the Au(111)-surface. For this purpose, the local thermovoltage across the tunneling junction of an UHV-low temperature-STM is mapped. At surface steps, standing waves are seen with an envelope, which is examined for the first time at temperatures of 80 K and 300 K. 1) As a specialty, a maximum in the contrast is found at a characteristic distance from the step. New upper limits are determined for the coherence length of the surface states at the Fermi energy EF. 2) The interference pattern in the thermovoltage also appears in separate topography scans. Dependent on the bias voltage, exceeding contrasts occur. 3) Surface steps are modulated by the Herringbone-reconstruction. The steps act as diffraction grids for electron waves. The contrast of the interference pattern varies periodically to the step modulation. A confinement of the surface states at EF is not found.
Keywords: STM; thermovoltage; surface states; standing waves; interference pattern; coherence length; lifetime; Fresnel diffraction; Talbot effect

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Das Interferenzmuster von gestreuten Elektronenwellen eines 2D-Elektronengases wird am Beispiel der Au(111)-Oberflächenzustände untersucht. Dazu wird mit einem UHV-Tieftemperatur-STM die lokale Thermospannung kartiert. An Oberflächenstufen zeigen sich stehenden Wellen, deren Einhüllende erstmals für 80 K und 300 K untersucht wird. 1) Als Besonderheit tritt ein Kontrastmaximum in einem charakteristischen Abstand von der Stufe auf. Es ergeben sich neue untere Grenzwerte für die Kohärenzlänge der Oberflächenzustände bei der Fermienergie EF. 2) Das Interferenzmuster in der Thermospannung erscheint auch in separaten Topografiemessungen. Abhängig von der Tunnelspannung zeigen sich außergewöhnlich hohe Kontraste. 3) Durch die Herringbone-Rekonstruktion werden Oberflächenstufen periodisch moduliert. Sie wirken als Beugungsgitter für Elektronenwellen. Der Kontrast des Interferenzmusters variiert periodisch zur Stufenmodulation. Ein Confinement bei EF durch die Rekonstruktion wird widerlegt.
Schlagwörter: RTM; Thermospannung; Oberflächenzustände; stehende Wellen; Interferenzmuster; Kohärenzlänge; Lebensdauer; Fresnel-Beugung; Talbot-Effekt
 
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