Scanning Tunnelling Microscopy of Co-impurified Noble Metal Surfaces: Kondo-Effect, Electronic Surface States and Diffusive Atom Transport

Abstract

Die Eigenschaften von nanoskaligen Strukturen auf (111)-orientierten Ag- und Cu-Filmen wurden mit dem Rastertunnelmikroskop (STM) untersucht. Spezielles Interesse gilt den elektronischen Zuständen der Oberfläche und den von eingebetteten Übergangsmetallatomen hervorgerufenen Effekten. Die (111)-orientierten Edelmetalloberflächen besitzen elektronische Oberflächenzustände, die als ein zweidimensionales, nicht wechselwirkendes Elektronengas in den obersten Atomlagen des Kristalls beschrieben werden können. Inselstrukturen von nur einer atomaren Höhenstufe können dieses Elektronengas lokal einschließen, was zur Quantisierung dieser Zustände führt. Diese Quantisierung wird hier anhand von Tunnelspektroskopiebildern sichtbar gemacht. Während solche Messungen nur bei tiefen Temperaturen möglich sind, zeigten vorbereitende Experimente bei Raumtemperatur, dass Inseln hier zum Zerfall neigen und sich innerhalb von einigen Stunden auflösen können. In diesem Zusammenhang wurde in dieser Arbeit ebenfalls die Dynamik von diffusivem Massentransport entlang von Stufenkanten quantitativ untersucht. Wenn die Edelmetallfilme mit Übergangsmetallen verunreinigt werden, etwa mit Co Atomen, entsteht eine verdünnte magnetische Legierung. Die lokalen magnetischen Momente der Fremdatome bringen einen zusätzlichen Freiheitsgrad mit ein, der den Leitungselektronen die Möglichkeit zur Spin-Umklappstreuung an den Co Atomen bietet. Bei niedrigen Temperaturen führt diese Umklappstreuung zu typischem anomalen Verhalten in den physikalischen Eigenschaften der Edelmetallmatrix, bekannt als der Kondo-Effekt. Das Tunnelmikroskop bietet direkten Zugang zu einzelnen atomaren Oberflächendefekten und erlaubt es, die elektronischen Eigenschaften lokal in deren Umgebung zu messen. Die Kondo-Temperatur eines solchen Systems wurde durch Tunnelspektroskopie an einzelnen Co Atomen in einer Cu Oberfläche bestimmt.