Scanning Tunnelling Spectroscopy of Subsurface Magnetic Atoms in Copper

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Untersuchung vergrabener magnetischer Störstellen mit Hilfe der Tieftemperatur-Rastertunnelspektroskopie. Bei den präparierten Systemen handelt es sich dabei um einzelne Kobalt- und Eisenatome die bis zu 15 Monolagen unter atomar glatten Cu(100)- und Cu(111)-Einkristalloberflächen eingebaut wurden. Im ersten Teil wird der Einfluss der Bandstruktur des Wirtsmaterials auf die beobachteten Oszillationen der lokalen Zustandsdichte an der Oberfläche diskutiert. Es wird gezeigt dass es auf Grund der Anisotropie der Bandstruktur und der damit verbundenen nichtsphärischen Fermi-Fläche zu einer Elektronenpropagation entlang bevorzugte Richtungen, einer sogenannten Elektronenfokussierung, kommt. Dies führt zu stark anisotropen und langreichweitigen Streumustern. Es wird ein einfaches Modell präsentiert, welches mit Hilfe der aus der Bandstruktur von Kupfer ermittelten Greenschen Funktion der Leitungsbandelektronen und einer anzupassenden Streuphase der Verunreinigung eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten liefert. Im zweiten Teil wird Einfluss des Kondo-Effekts auf die lokale Zustandsdichte in der Umgebung der Störstellen untersucht. Dieser Effekt führt zu tiefen Temperaturen zu einer Abschirmung des lokalisierten Spins durch die Leitungsbandelektronen und zu einer Vielteilchenresonanz in der Einteilchen-Spektraldichte des d-Orbitals nahe der Fermienergie. Experimentell zeigt sich eine starke Spannungsabhängigkeit der beobachteten Interferenzmuster nach 0V. Aufgrund der unterschiedlichen Kondo-Temperaturen von Fe und Co in Kupfer findet dieser Übergang auf verschiedenen Energiseskalen statt, was eine Unterscheidung beider Verunreinigungssorten erlaubt. In den einzelnen dI/dV-Spektren zeigen sich Fano-Resonanzen, deren Linienform sowohl als Funktion des lateralen Abstandes vom Streuzentrum als auch mit der Einbautiefe variiert. Mit Hilfe des im ersten Teil entwickelten Modells wird experimentell die Energieabhängigkeit sowohl der Streuamplitude als auch des Phasenschu bes der Verunreinigung ermittelt. Beide zeigen deutliche Signaturen des Kondo-Effekts. Der beobachtete Phasenschub ist jedoch für beide magnetischen Elemente kleiner (~ 0.3 π) als der durch das Anderson-Modell vorhergesagte Wert von π. Diesbezüglich wird ein nichtresonanter Hintergrundstreukanal als mögliche Ursache diskutiert.